Le lactate est considéré comme un métabolite déchet depuis de très nombreuses années. Cependant, cette vision semble revisitée depuis quelques temps, avec l'apparition de la notion de glycolyse aérobie et de navettes lactate dans différents types cellulaires (muscle, cerveau et sperme). Concernant le cerveau, des études in vitro, ex vivo et in vivo réalisées ces 20 dernières années ont montré, d'une part, que les astrocytes produisent du lactate et d’autre part que le lactate pouvait être un substrat énergétique pour le système nerveux central (SNC), et plus particulièrement les neurones. Cette notion de navette lactate entre astrocyte et neurone a été proposée pour la première fois en 1994 par Pellerin et Magistretti (ANLS, pour astrocyte-neuron lactate shuttle). Malgré de nombreuses recherches depuis, l'existence d'un transfert net de lactate entre les astrocytes et les neurones n'a toujours pas pu être démontrée in vivo. Dans cet optique, la visualisation de la production de lactate in vivo dans le cerveau activé est essentielle. Le rôle des transporteurs au lactate, MCTs (Monocarboxylate Transporters), dans la détection de ce signal est également un point capital. L’objectif de cette thèse a été de développer la spectroscopie de RMN in vivo localisée dans le cortex somato-sensoriel du rat en condition d’activation cérébrale. Dans un premier temps, un travail de développement a été effectué afin de mettre au point le protocole de stimulation neuronale et d’obtenir un rapport signal sur bruit suffisant pour pouvoir quantifier de façon fiable le lactate. Une fois le protocole établi sur des rats contrôles, l’étude a été réalisée sur des rats modifiés génétiquement et réprimés pour le MCT, soit neuronal, soit astrocytaire. Le but était de déterminer si ce partenaire clef de l’ANLS avait une influence sur les fluctuations de lactate lors de l'activation cérébrale. En plus de la spectroscopie proton in vivo et de l’IRM fonctionnelle, des études de RMN du carbone-13 ont été réalisées ex vivo. Le résultat majeur de cette thèse montre qu’en l’absence du transporteur de lactate neuronal, non seulement on perd l’augmentation de lactate lors de la stimulation cérébrale mais on perd également le signal BOLD sur l’IRMf. Ce résultat suggère, et ce pour la première fois, que l’activité neuronale est fortement dépendante du transporteur au lactate. / Lactate has been considered as a waste metabolite for many years. However, this vision has been reconsidered recently, with the appearance of the notion of aerobic glycolysis and lactate shuttles in different cell types (muscle, brain, and sperm). Concerning the brain, in vitro, ex vivo and in vivo studies carried out over the last 20 years have shown, on the one hand, that astrocytes produce lactate and, on the other hand, that lactate can be an energetic substrate for the central nervous system (CNS), and more particularly neurons. This lactate shuttle between astrocyte and neuron was first proposed in 1994 by Pellerin and Magistretti (called ANLS, for astrocyte-neuron lactate shuttle). Despite many studies since then, the existence of a net transfer of lactate between astrocytes and neurons has still not been demonstrated in vivo. In this regard, visualization of lactate production in vivo in the activated brain is essential. The role of lactate transporters, MCTs (Monocarboxylate Transporters), in detecting this signal is also a key issue. The objective of this thesis was to develop in vivo NMR spectroscopy located in the somato-sensory cortex of rats under brain activation conditions. First, experiments were carried out to develop the neural stimulation protocol and to obtain a sufficient signal-to-noise ratio to be able to quantify lactate. Once the protocol was established on control rats, the study was performed on genetically modified rats and down-regulated for MCT, either neuronal or astrocytic. The aim was to determine whether this key partner of the ANLS has an influence on lactate fluctuations during brain activation. In addition to in vivo proton spectroscopy and functional MRI, carbon-13 NMR studies were performed ex vivo. The major result of this thesis shows that in the absence of the neuronal lactate transporter, not only is the increase in lactate lost during brain stimulation but the BOLD signal on the fMRI is also lost. This result suggests, for the first time, that neural activity is highly dependent on the lactate transporter.

Les traumatismes infantiles (TI) sont un facteur de vulnérabilité majeur à la schizophrénie. Nous avons ici choisi d'étudier l’impact des TI sur le cerveau dans la schizophrénie.Dans notre première étude, en voxel-based morphometry (VBM) et portant sur 21 schizophrènes et 30 contrôles, la négligence émotionnelle était associée à une diminution du volume total de matière grise dans les deux groupes. Cette association était plus marquée chez les schizophrènes. Chez les patients, la négligence émotionnelle était prédictive de la densité de matière grise du cortex préfrontal dorso-latéral, elle-même prédictive de la sévérité de la désorganisation.Dans notre seconde étude, nous avons utilisé une tâche émotionnelle en IRMf pour explorer les liens entre TI et connectivité fonctionnelle PPI (psychophysiological interaction) de l’amygdale chez 21 schizophrènes et 25 contrôles. Au cours de la tâche, chez les patients, la sévérité des abus sexuels et négligences physiques été associée à une diminution de connectivité entre l’amygdale et la région du cortex cingulaire postérieur/précunéus.Enfin le résultat le plus répliqué de notre revue de la littérature (15 articles d'imagerie) est l’association forte entre TI et diminution du volume total de matière grise. Chez les schizophrènes les TI étaient associés à des diminutions de matière grise au niveau du cortex préfrontal, à des altérations de l’intégrité de la matière blanche et à des altérations de connectivité fonctionnelle.Ainsi nos résultats suggèrent que les TI, interagissant avec d'autres facteurs de vulnérabilité, pourraient modeler la psychopathologie schizophrénique via des effets cérébraux neurodéveloppementaux. / Childhood trauma (CT) is a major risk afctir for schizophrenia. The aim of this work was to question the possible impact of CT on the brain of schizophrenia patients.In our first study, using voxel-based morphometry (VBM) in 21 patients with schizophrenia and 30 controls, childhood emotional neglect was associated with decreased total grey matter volume in both groups, with a stronger association in the patients group. In schizophrenia, emotional neglect predicted grey matter decrease in dorsolateral prefrontal cortex, which in turn predicted the severity of disorganization.In our second study, we used an fMRI emotional task with PPI (psychophysiological interaction) in 21 schizophrenia patients and 25 controls. During the emotional task, in schizophrenia group, sexual abuse and physical neglect during childhood were associated with decreased connectivity between the amygdala and the precuneus/posterior cingulate region.Finaly, the most replicated result in our review is the strong association between CT and decreased total grey matter volume. In addition, CT in schizophrenia patients is related to decreased prefrontal cortex grey matter, widespread alterations of white matter integrity and alterations of functional connectivity in a network including the amygdala, the anterior cingular cortex, the precuneus/posterior cingulate region and the temporo-parietal junction.Our findings suggest that CT, in interaction with other factors, could shape the psychopathology of schizophrenia through developmental effects on the brain, with predominent alterations in the prefrontal cortex, or in stress-related circuits affecting self-consciousness and social cognition.

La stimulation électrique fonctionnelle (SEF) est une des techniques utilisées pour la rééducation ou la suppléance fonctionnelle de déficiences motrices. Un stimulateur génère des impulsions électriques qui induisent des contractions des muscles paralysés, au travers des unités motrices toujours intactes. Aujourd'hui, les systèmes fonctionnant en boucle ouverte sont majoritairement utilisés. Ils permettent aux chercheurs d'évaluer hors-ligne de la SEF. Cependant, leur réglage reste basé sur un cycle essai-erreur ce qui est loin de simplifier la mise en œuvre de systèmes en boucle fermée. Dans cette thèse, nous proposons une méthode de prédiction en temps-réel du couple en fonction de l'EMG conduisant à une nouvelle modalité de contrôle de l'activation musculaire sous SEF. L'EMG évoquée (eEMG) donne une image de l'effet de la SEF sur l'activité musculaire et est ainsi impliquée à la fois dans l'estimation du couple en temps réel et le contrôle. Le couple articulaire peut être estimé par l'eEMG en utilisant un filtre de Kalman et un modèle NARX - RNN. Le facteur d'oubli du filtre de Kalman doit être soigneuse-ment choisi de même que les réglages du schéma de calcul. C'est une limitation en particulier quand lorsque qu'il n'y a aucune connaissance a priori sur la force générée par le sujet sous SEF. La méthode proposée NARX-RNN n'a pas ce défaut et offre de meilleures performances que le filtre de Kalman. L'estimation du couple basée eEMG est donc utilisée hors-ligne et en-ligne en temps réel. Les performances comparées des algorithmes ont été effectues sur sujets sains et sujets blessés médullaires. Par ailleurs, le système temps-réel de contrôle de l'activation musculaire basé EMG a été développé sur la technologie sans fil Vivaltis. Enfin, afin de proposer un contrôle de plusieurs muscles, le concept de synergie a été utilisée pour estimer les activations musculaires cibles à partir d'un couple articulaire désiré. Les niveaux de synergie moyenne ont été utilisés pour valider l'extraction d'activation sur le sujet non inclus dans le calcul de la moyenne. L'erreur d'estimation est de 9.3% sur l'ensemble des sujets. Ces résultats vont dans le sens d'un contrôle d'une neuroprothèse basé synergie. En effet la combinaison des eux contributions de la thèse ouvre des perspectives nouvelles de modalité de contrôle de la SEF. / Functional electrical stimulation (FES) is one of existing rehabilitationtechniques to restore lost motor functions for motor-impaired subjects. Thestimulator generates electrical pulses to drive artificial contractions of theparalysed muscles, through activating intact motor units. Currently open-loopFES system is the most frequently used. The data acquired from the open-loop FESwould help researchers to make off-line analysis for evaluating performance ofFES systems. However, it should go through a trial and error manner, which isfar from facilitating a implementation of real-time closed-loop FES system.In this thesis, we propose and develop a method for real-time EMG-feedback torqueprediction and muscle activation control toward new modality in FES.The evoked electromyography (eEMG) which can reflect electrical muscleactivities under FES, is involved in both offline and real-time FES-inducedtorque estimation and muscle control systems. FES-induced joint torque can beestimated/predicted with eEMG by employing both Kalman filter and NonlinearAuto-Regressive with Exogenous (NARX) type recurrent neural network (RNN). Theforgetting factor of Kalman filter should be properly selected in advance andalso with proper computational settings. It is a limitation for some casesespecially when we do not have prior knowledge of new subject regarding expectedmuscle response intensity induced by FES. The proposed NARX-RNN does not sufferfrom such computational setting problems and also shows better estimation/prediction performances than that of Kalman filter.Evoked EMG based torque estimator is exploited from off-line situation toonline real-time system. Recursive Kalman filter and NARX-RNN are implementedfor real-time torque estimation/prediction with evoked EMG. The performance wasverified both in able-bodied and spinal cord injured subjects. Furthermore, real-time EMG-feedback muscle activation control in FES system is developed togetherwith wireless Vivaltis stimulator for specifying directly muscle activationinstead of conventionally specifying stimulation pattern.Toward natural multiple muscles control with multi-channel FES, muscle synergyconcept was introduced for inverse estimation of muscle activations from desiredjoint moment. The averaged synergy ratio was applied for muscle activationestimation with leave-one-out cross validation manner, which resulted in 9.3%estimation error over all the subjects. This result supports the common musclesynergy-based neuroprosthetics control concept. By combining this inverse estimation of muscle activations together with real-time EMG-feedback muscle activation control, it would open a new modality toward muscle synergy-basedmulti-muscle activation control in FES.

La cécité précoce induit des modifications majeures dans l’architecture fonctionnelle du cerveau. Les lobes occipitaux ne traitent plus l’information visuelle mais vont désormais traiter les signaux auditifs et tactiles et participer à des fonctions cognitives telles que le langage et la mémoire. Cette nouvelle organisation fonctionnelle nous permet de mieux comprendre l’influence de l’expérience sensorielle sur le développement cérébral. Nous avons étudié cette réorganisation et certains de ses possibles déterminants. Tout d’abord, nous avons utilisé l’imagerie par résonnance magnétique fonctionnelle (IRMf) pour identifier les régions du cortex visuel activées par différentes fonctions cognitives. Nous avons également montré que chacune de ces régions est fonctionnellement connectée au réseau cérébral qui sous-tend la fonction correspondante chez les sujets sains. Puis, nous avons réalisé une étude de la connectivité fonctionnelle chez des nouveau-nés, qui suggère que la connectivité innée du cortex visuel guide la réorganisation observée chez les aveugles. Ensuite, grâce à la magnétoencéphalographie (MEG), nous avons étudié la réorganisation de la représentation cérébrale du sens des mots. Chez les aveugles, l’accès au sens des mots a le même décours temporel que chez les sujets voyants, mais il recrute le cortex occipital en sus des régions habituelles. Enfin, nous avons observé une variabilité individuelle plus importante chez les aveugles dans l’organisation cérébrale du système sémantique. Nos résultats contribuent ainsi à la compréhension de la réorganisation cérébrale dans la cécité, et plus généralement du rôle de l’expérience perceptive dans le développement. / Blindness early in life leads to major changes in the functional architecture of the brain. The occipital lobes, no longer processing visual information, turn to processing auditory and tactile input and high-order cognitive functions such as language and memory. This functional reorganization offers a window into the influence of experience on brain development in humans. We studied the outcomes of this reorganization and its potential precursors. First, we used functional magnetic resonance imaging (fMRI) in order to delineate regions in the visual cortex according to their sensitivity to high-order cognitive functions. Then, using functional connectivity, we demonstrated distinct connections from those regions to the rest of the brain. Crucially, we found a functional correspondence between the visual regions and their connected brain networks. Then, using functional connectivity in neonates, we provided preliminary evidence in support of the proposition that innate connectivity biases underlie functional reorganization. Second, we focused on language, one of the reorganized functions in blindness, and used magnetoencephalography (MEG) to investigate verbal semantic processing. We found temporally equivalent but spatially different activation across the blind and the sighted. In the blind, the occipital cortex had a unique contribution to semantic category discrimination. However, the cerebral implementation of semantic categories was more variable in the blind than in the sighted. Our results advance the knowledge about brain.

Au cours des dernières années, la branche de la statistique consacrée à l'étude de variables fonctionnelles a connu un réel essor tant en terme de développements théoriques que de diversification des domaines d'application. Nous nous intéressons plus particulièrement dans ce mémoire à des modèles de régression dans lesquels la variable réponse est réelle tandis que la variable explicative est fonctionnelle, c'est à dire à valeurs dans un espace de dimension infinie. Les résultats que nous énonçons sont liés aux propriétés asymptotiques de l'estimateur à noyau généralisé au cas d'une variable explicative fonctionnelle. Nous supposons pour commencer que l'échantillon que nous étudions est constitué de variables α-mélangeantes et que le modèle de régression est de nature nonparamétrique. Nous établissons la normalité asymptotique de notre estimateur et donnons l'expression explicite des termes asymptotiquement dominants du biais et de la variance. Une conséquence directe de ce résultat est la construction d'intervalles de confiance asymptotiques ponctuels dont nous étudions les propriétés aux travers de simulations et que nous appliquons sur des données liées à l'étude du courant marin El Niño. On établit également à partir du résultat de normalité asymptotique et d'un résultat d'uniforme intégrabilité l'expression explicite des termes asymptotiquement dominants des moments centrés et des erreurs Lp de notre estimateur. Nous considérons ensuite le problème des tests de structure en régression sur variable fonctionnelle et supposons maintenant que l'échantillon est composé de variables indépendantes. Nous construisons une statistique de test basée sur la comparaison de l'estimateur à noyau et d'un estimateur plus particulier dépendant de l'hypothèse nulle à tester. Nous obtenons la normalité asymptotique de notre statistique de test sous l'hypothèse nulle ainsi que sa divergence sous l'alternative. Les conditions générales sous lesquelles notre résultat est établi permettent l'utilisation de notre statistique pour construire des tests de structure innovants permettant de tester si l'opérateur de régression est de forme linéaire, à indice simple, . . . Différentes procédures de rééchantillonnage sont proposées et comparées au travers de diverses simulations. Nos méthodes sont enfin appliquées dans le cadre de tests de non effet à deux jeux de données spectrométriques.

Cette thèse concerne les équations différentielles fonctionnelles à retard. Son objectif est d'étendre la technique de stroboscopie initialement élaborée dans le cadre des équations différentielles ordinaires, puis de présenter une approche nouvelle dans la justification de la méthode de moyennisation basée sur ladite technique. Dans un premier temps, nous proposons une formulation adaptée de la technique de stroboscopie originale que nous appliquons pour montrer des résultats de moyennisation pour des équations qui se ramènent à la forme dite normale. Dans un second temps, nous commençons par étendre aux cas des équations différentielles fonctionnelles à retard, et de manière naturelle, la technique de stroboscopie proposée. Nous l'utilisons ensuite pour étendre les résultats de moyennisation aux équations rapidement oscillantes. Les résultats sur la moyennisation obtenus dans cette thèse généralisent ceux de la littérature existante.

Un des principaux axes de recherche en physique nucléaire est l'étude des noyaux dans des conditions extrêmes en spin et isospin. Les méthodes microscopiques de type champ moyen, parmi lesquelles la méthode Hartree-Fock basée sur l'approximation des particules indépendantes, sont un des outils les plus performants pour les prédictions théoriques dans ce domaine. Représentant les interactions entre les nucléons dans le noyau, les forces effectives nucléon-nucléon sont le principal ingrédient de ces théories microscopiques auto-cohérentes. L'interaction de Skyrme est une force de portée nulle permettant de construire de manière relativement simple le champ moyen.<br />Bien que cette force ait, sous sa forme standard actuelle, un pouvoir prédictif reconnu, il apparaît aujourd'hui nécessaire d'enrichir sa paramétrisation afin d'améliorer la description des noyaux, en particulier des noyaux exotiques. Ceci peut notamment se faire en introduisant une dépendance en densité plus complexe que dans les paramétrisations standards.<br />L'ajustement des paramètres de cette force peut s'appuyer sur les approches microscopiques de type Brueckner-Hartree-Fock qui n'utilisent comme ingrédient que l'interaction nucléon-nucléon nue. La construction des paramètres de la force va désormais reposer sur des contraintes plus fondamentales. L'étude de la matière nucléaire nous conduit à inclure dans notre procédure d'ajustement une meilleure prise en compte des instabilités de spin et d'isospin, libérant en même temps le domaine d'évolution possible des paramètres de la force lors de leurs ajustements. L'ensemble de ces éléments permet de décrire les propriétés de la matière nucléaire et des noyaux en s'appuyant sur des bases plus solides.

Face aux crises sanitaires ayant secoué le secteur agroalimentaire ces dernières années telles que la maladie de la vache folle, les exigences législatives et normatives en matière de sécurité sanitaire des aliments deviennent de plus en plus draconiennes. A titre d'exemple, le règlement CE 178/2002 stipule, notamment, l'obligation que chaque entreprise dispose de moyens lui permettant d'assurer la traçabilité des denrées qu'elle met sur le marché. C'est dans ce contexte que nous avons mené un travail de recherche-action dont l'ambition est de contribuer à asseoir des bases méthodologiques et conceptuelles pour traiter la problématique de la traçabilité des produits alimentaires. Notre approche part d'une analyse fonctionnelle du besoin visant notamment à identifier les bénéficiaires d'un système de traçabilité (noté ST), à caractériser ses fonctions de service et proposer des critères quantifiables permettant d'en apprécier la performance. Après cette phase fonctionnelle, nous enchaînons sur une phase technique consistant à définir et caractériser les fonctions techniques réalisées par le ST dans le but de répondre aux attentes de ses bénéficiaires. Des exemples de solutions et des critères d'appréciation mesurables sont associés à chaque fonction. Ensuite, nous proposons un modèle de données générique décrivant la nature et la structure des informations que le ST doit pouvoir gérer. Sur ces bases, nous avons développé une plate-forme informatique composée d'un ensemble de modules destinés à la restitution des données de traçabilité et au pilotage du ST

La détection de piéton est un problème récurrent depuis de nombreuses années. La principale confrontation est liée à la grande variabilité du piéton en échelle, posture et apparence. Un algorithme efficace de reconnaissance de formes doit donc être capable d'affronter ces difficultés. En particulier, le choix d'une représentation pertinente et discriminante est un sujet difficile à résoudre. Dans notrre cas, nous avons envisagé deux approches. La première consiste à représenter la forme d'un objet à l'aide de graphes étiquetés. Selon les étiquettes apportées, le graphe possède en effet des propriétés intéressantes pour résoudre les problèmes de variabilité de taille et de posture. Cette méthode nécessite cependant une segmentation rigoureuse au préalable. Nous avons ensuite étudié une représentation constituée d'histogrammes locaux d'orientation de gradient. Cette méthode présente des résultats intéressants par ses capacités de généralisation. L'application de cette méthode sur des images infrarouges complètes nécessite cependant une fonction permettant d'extraire des fenêtres dans l'image afin d'analyser leur contenu et vérifier ainsi la présence ou non de piétons. La deuxième étape du processus de reconnaissance de formes concerne l'analyse de la représentation des données. Nous utilisons pour cela le classifieur Support Vector Machine bâti, entre autres, sur une fonction noyau calculant le produit scalaire entre les données support et la donnée évaluée. Dans le cas des graphes, nous utilisons une formulation de noyau de graphes calculé sur des "sacs de chemins". Le but consiste à extraire un ensemble de chemins de chaque graphe puis de comparer les chemins entre eux et combiner les comparaisons pour obtenir le noyau final. Pour analyser les histogrammes de gradient, nous avons étudié différentes formulations permettant d'obtenir les meilleures performances avec cette représentation qui peut être assimilée à une distribution de probabilités.

Ce travail porte sur un problème inverse de sources dipolaires et son application à l'identification des sources de l'activité cérébrale telle qu'elle peut être mesurée par l'Electro-Encéphalo-Graphie (EEG). Des résultats d'identifiabilité et de stabilité ont été établis. Par ailleurs, une étude du problème de Cauchy en 3D, motivée par l'application de la méthode d'identification dite "algébrique", a été faite à l'aide de la méthode itérative introduite par Kozlov, Maz'ya et Fomin et au moyen des équations intégrales de frontières. En outre, une autre méthode basée sur une fonctionnelle coût de type Kohn et Vogelius a été considérée pour l'identification des sources et dont les résultats numériques sont avérés plus performants que ceux donnés par la méthode des moindres carrés.