Les ganglions de la base (GB) sont formés de structures sous-corticales essentielles à un comportement psychomoteur normal. Le dérèglement d’une seule de ces composantes provoque un comportement moteur inadapté qui peut être très handicapant. La maladie de Parkinson est la pathologie neurodégénérative la plus fréquente affectant les GB. Elle est principalement caractérisée par la dégénérescence progressive des neurones dopaminergiques (DA) de la substance noire pars compacta provoquant l’apparition de symptômes moteurs tels que la bradykinésie, la rigidité musculaire et le tremblement au repos. Cependant, le bouleversement majeur de l’innervation DA des GB conduit également à plusieurs autres changements neuroadaptatifs et compensatoires. Les travaux de recherche décrits dans cette thèse traitent de plusieurs de ces changements qui affectent la microcircuiterie des ganglions de la base et qui se produisent en marge de la perte massive des neurones DA. Tout d’abord, une étude portant sur l’innervation à sérotonine (5-HT) des ganglions de la base en condition normale et effectuée à partir de cerveaux post-mortem humains sera présentée. Cette étude immunohistochimique a permis de décrire la trajectoire qu’empruntent les faisceaux d’axones 5-HT en provenance des noyaux du raphé du tronc cérébral afin d’innerver les différentes composantes des GB. Ensuite, une description plus précise de l’arborisation axonale unitaire des neurones 5-HT provenant du noyau raphé dorsal chez le rat sera apportée. L’injection par microiontophorèse d’un traceur antérograde a permis de marquer et de reconstruire en trois dimensions l’arborisation axonale complète de plusieurs neurones, mettant ainsi en lumière l’hétérogénéité des projections 5-HT ascendantes. Les études seront ensuite présentées ont été effectuées à partir de modèles animaux de la maladie de Parkinson et mettent en valeur d’importants changements compensatoires. Ces travaux ont permis d’identifier de nouveaux phénomènes neuroadaptatifs concernant l’innervation DA et 5-HT du striatum et du globus pallidus (GP) suite à une lésion DA chez le singe cynomolgus (Macaca fascicularis). L’immunohistochimie combinée à une méthode quantitative stéréologique a conduit à mettre en évidence un bourgeonnement important des axones 5-HT dans le striatum ainsi que dans le GP. Une description précise en microscopie électronique de la structure morphologique fine suggère que les nouvelles varicosités axonales 5-HT retrouvées dans le striatum sont fonctionnelles et présentent davantage de contacts synaptiques, en lien avec un phénomène de bourgeonnement axonal. Contrairement à la dénervation DA massive du striatum, nos résultats indiquent une augmentation de près de dix fois le nombre d’axones DA dans le segment interne du GP. Finalement, des reconstructions du domaine somatodendritiques de neurones du striatum effectuées suite à l’injection intracellulaire de fluorophores ont mis en lumière un nouveau sous-type de neurones de projection du striatum. Ces injections effectuées chez un modèle murin de la maladie de Parkinson nous permettent de conclure que ce sous-type de neurones est affecté différemment par une dénervation DA. Dans l’ensemble, les travaux présentés dans cette thèse soulèvent l’importance de l’innervation DA et 5-HT dans le fonctionnement normal des GB, ainsi que les changements neuroadaptatifs qui surviennent dans la maladie de Parkinson. La description précise de ces changements morphologiques doit être prise en compte afin de mieux comprendre l’expression des symptômes moteurs et non-moteurs de la maladie de Parkinson et expliquer l’apparition des dyskinésies qui surviennent chez une vaste majorité des patients parkinsoniens suite à l’administration quotidienne de L-Dopa, principal traitement pharmacologique de la maladie. / The basal ganglia are a set of subcortical structures involved in psychomotor behaviour. Parkinson’s disease is the most common neurodegenerative disorder affecting the basal ganglia. The slow and progressive degeneration of dopamine (DA) neurons located in the substantia nigra pars compacta leads to disabling motor symptoms such as bradykinesia, resting tremor and rigidity. This work aims at describing the compensatory mechanisms affecting other neuronal systems and designed to compensate for the massive loss of the DA innervation of the basal ganglia. The thesis begins with a post-mortem human study of the main serotonin (5-HT) pathways arising from the raphe nuclei and innervating the different basal ganglia components in normal condition. The next chapter contains a morphological study providing the first detailed description of single axons arising from the dorsal raphe nucleus (DRN) in rats. In order to achieve our goal, under electrophysiological guidance, microiontophoretic tracer injections of an anterograde tracer were placed in the DRN to provide three-dimensional axonal reconstructions of single 5-HT neurons. Other studies presented were performed in animal models of Parkinson’s disease and brought to light new compensatory mechanisms involving the 5-HT and DA innervation of the basal ganglia. Two articles contain data on major neuroadaptative changes of DA and 5-HT innervation of the striatum and the globus pallidus (GP), following a DA lesion in cynomolgus monkeys (Macaca fascicularis). Immunohistochemistry combined to unbiased quantitative approaches indicate an important sprouting of 5-HT axons in the monkey striatum and GP. Interestingly, in contrast to the massive striatal DA denervation, we report a ten-time increase of the number of DA axons in the GP internal segment of parkinsonian monkeys. Electron microscopy study suggests that the newly-formed 5-HT axon varicosities observed in the striatum establish more synapses after DA lesion, in line with the sprouting of 5-HT axons. The last chapter contains a meticulous morphological study of a peculiar population of medium spiny neurons endowed with a dendritic arborization that is less affected by DA lesion in mice. In summary, studies presented in this doctoral thesis shed a new light on some of the compensatory mechanisms observed in different basal ganglia components and designed to cope for the massive loss of DA neurons that characterize Parkinson’s disease. The compensatory mechanisms outlined in this work should be taken into account to better understand the expression of motor and non-motor symptoms as well as the expression of dyskinesia induced by long-term pharmacological treatment with L-Dopa.

La présente thèse comprend une étude des mécanismes neurochimiques d’une approche chirurgicale, la subthalamotomie, pour le traitement de la maladie de Parkinson et les dyskinésies induites à la L-DOPA. Nous avons cherché à identifier, à l’aide de quelques hypothèses de recherche, les changements biochimiques dans les ganglions de la base induits par la lésion du noyau sous-thalamique. Nous avons utilisé un modèle de singe parkinsonien traité à la L-DOPA et ayant reçu une subthalamotomie unilatérale. Nos résultats démontrent que la subthalamotomie potentialise la réponse à faible dose de L-DOPA et que cette potentialisation serait entre autre régulée par le récepteur dopaminergique D1 et les récepteurs glutamatergiques métabotropiques. Ces données apportent de nouveaux éléments aidant à mieux comprendre les mécanismes de cette chirurgie pour le traitement des dyskinésies induites à la L-DOPA. De telles connaissances ouvrent la porte à de nouvelles stratégies pour augmenter la réponse chirurgicale du patient. / Lesion of the subthalamic nucleus, also called subthalamotomy, is surgical therapy offered to parkinsonian patients refractory to L-DOPA or for whom L-DOPA-induced dyskinesias become disabling. Its mechanisms remain however largely unknown. In order to better understand the biochemical and cellular changes underlying subthalamotomy, we used an Parkinson’s disease animal model, the MPTP monkey. Chronic administration of L-DOPA in this animal model induces dyskinesias, as those seen in parkinsonian patients. The monkeys used in this study displayed such side effects and took part of different pharmacological trials to reduce these dyskinesias before undergoing surgery. Thus, we replicated the clinical situation where patients receive such surgery when all the other pharmacological treatments have failed. These monkeys received a unilateral subthalamotomy, the non-lesioned side served as an intra-animal control. Antiparkinsonian response to low dose of L-DOPA was potentiated by subthalamotomy. Then, we studied by autoradiography the D1 and D2 dopaminergic receptors, ionotropic NMDA (NR1/NR2B) and AMPA, metabotropic mGluR2/3 and mGluR5 glutamatergic receptors, and the dopaminergic transporter (DAT) using respectively the selective radioligands [3H]-SCH-23390, [3H]-Raclopride, [3H]-Ro 25-6981, [3H]-Ro 48-8587, [3H]-LY-341495, [3H]-ABP688 and [125I]-RTI-121. We measured by in situ hybridization the D1, D2 and preproenkephalin mRNAs using oligonucleotides as well as preprodynorphin mRNA using a riboprobe. We also assessed the dopamine and its metabolites by high-performance liquid chromatography. Finally, we measured the proteins ERK1 and ERK2, involved in intracellular signaling, and their respective phosphorylation state, as well as DARPP-32 by Western blot. Our results show that the dopamine D1 receptor, but not D2, as well as the metabotropic glutamate receptors are involved in the behavioral effects of subthalamotomy. This data suggest that the potentiation of response to L-DOPA after subthalamotomy would be due to changes in the direct pathway of the model of basal ganglia and in the subthalamic output. Our results open new and exciting pathways to explore on subthalamotomy, as well as other surgeries that are offered to disabled patients with movement disorders, whether these surgeries are lesional or with implantable stimulation devices.

La phase avancée de la maladie de Parkinson (MP) caractérisée par des symptômes moteurs est souvent précédée par des troubles gastro-intestinaux qui proviendraient d'une altération des neurones dopaminergiques (DAergiques) de l’intestin. Des études suggèrent que la maladie se propagerait au cerveau via le nerf vague. Notre laboratoire a démontré le rôle majeur de l’inflammation dans l’intestin chez des souris parkinsoniennes. Récemment, une baisse des niveaux de plasmalogènes, des glycérophospholipides, dans le cerveau et le sang de patients parkinsoniens a été rapportée. Les plasmalogènes avec un groupement éthanolamine (PGE) jouent un rôle important dans la structure fonctionnelle membranaire des cellules via la médiation de divers mécanismes, tels que le transport des vésicules lors de la neurotransmission, l’activité des protéines membranaires et l’élimination des radicaux libres. Dans cette étude, nous avons évalué les effets neuroprotecteurs et anti-inflammatoires de l’administration d’un précurseur de PGE, le PPI-1011, dans l’intestin de souris modèles de la MP. La neurotoxine 1-méthyl-4-phényl-1,2,3,6-tétrahydropyridine (MPTP) a été utilisée pour modéliser la MP chez les souris et le PPI-1011 (10, 50 et 200 mg/kg) leur a été administré par gavage. Les neurones totaux, les neurones DAergiques positifs à la tyrosine hydroxylase (TH), les macrophages, les macrophages pro-inflammatoires et la protéine G couplée au récepteur 120 (GPR120) ont été marqués dans le plexus myentérique par immunomarquages. Cette dernière est intéressante, puisqu’elle joue un rôle anti-inflammatoire via sa liaison avec du DHA. Pour ce faire, un protocole dose-réponse, un protocole pré-traitement et un protocole post-traitetement ont été réalisés. Le MPTP induit une baisse des neurones DAergiques et une augmentation de la densité de macrophages dans le plexus myentérique. Le traitement au PPI-1011 (50 et 200 mg/kg) a protégé les neurones DAergiques contre cette baisse et a limité l’infiltration de macrophages dans le système nerveux entérique (SNE). Cette nouvelle approche thérapeutique pourrait être utilisée pour prévenir et retarder l’initiation et la progression de la MP / The advanced stage of Parkinson's disease (PD) is characterized by motor symptoms witch are often preceded by gastrointestinal disorders that would result from alteration of the dopaminergic neurons (DAergics) of the intestine. Studies suggested that the disease would spread to the brain by the vagus nerve. Our laboratory has demonstrated the major role of inflammation in the intestine in parkinsonian mice. Recently, decreased levels of plasmalogens, glycerophospholipids, in the brain and blood of PD patients have been reported. Ethanolamine plasmalogens (EP) play an important role in the membrane functional structure of cells through the mediation of various mechanisms including neurotransmission, membrane proteins activity and free radicals removal. In this study, we evaluated the neuroprotective and anti-inflammatory effects of the administration of a PGE precursor, PPI-1011, in the intestine of parkinsonian mice. The neurotoxin 1-mehyl-4phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP) was used to model PD in mice, and PPI-1011 (10, 50 and 200 mg / kg) was administered by gavage. Total neurons, DAergics TH-positive (TH+) neurons, macrophages, proinflammatory macrophages and G-protein coupled receptor 120 (GPR120) were labeled in the myenteric plexus by immuno-labeling. This latest is interesting, since it plays an antiinflammatory role via its link with DHA. To do this, a dose-response protocol, a pre-treatment protocol and a post-treatment protocol were performed. MPTP induces a decrease of DAergic neurons and an increase in the density of macrophages in the myenteric plexus. Treatment with PPI-1011 (50 and 200 mg / kg) protected DAergic neurons against this alteration and limited the infiltration of macrophages into the enteric nervous system. This new therapeutic approach could be used to prevent and delay initiation and progression of PD.

OBJECTIFS: La libération de dopamine par les afférences à sérotonine (5-HT) du striatum constitue un déterminant pré-synaptique important des dyskinésies induites par la L-Dopa (DILs), un effet délétère du traitement pharmacologique de la maladie de Parkinson. En effet, les axones 5-HT seraient en mesure de libérer de façon non-physiologique de la dopamine lorsque la L-Dopa est administrée au patient, contribuant ainsi à l’expression des DILs. Certaines afférences striatales 5-HT contiennent un transporteur vésiculaire du glutamate (VGluT3) et nous croyons que sa présence puisse avoir un effet synergique sur la libération de dopamine. L’objectif général de ce mémoire est donc d’évaluer la quantité de VGluT3 présent au sein des axones 5-HT et de mesurer son implication dans l’expression des DILs. MÉTHODES : Dix-huit souris C57/Bl6 ont été séparées en trois groupes expérimentaux. Douze souris ont reçu une injection intracérébrale de 6- hydroxydopamine (6-OHDA) dans le faisceau prosencéphalique médian afin de léser les afférences dopaminergiques du striatum. Six souris lésées ont reçu des injections systémiques de L-Dopa (12 jours, 1 fois/jour). Six autres souris ont reçu une injection intracérébrale du véhicule afin de servir de contrôle. La sévérité des mouvements involontaires anormaux induits par la L-Dopa (équivalent des dyskinésies) a été quantifiée selon une échelle reconnue. Un double marquage en immunofluorescence pour le transporteur membranaire de la 5-HT (SERT) et le VGluT3 a permis d’évaluer la densité des varicosités SERT+ et SERT+/VGluT3+ dans le striatum dorsal et de comparer ces données entre les trois groupes expérimentaux. RÉSULTATS: Chez les trois groupes de souris, un faible pourcentage des varicosités axonales 5-HT sont également VGluT3+. Ces varicosités doublement marquées sont souvent retrouvées sur une même branche axonale. Aucune différence significative n’a été observée entre les trois groupes expérimentaux en ce qui a trait à la proportion de varicosités SERT+ qui contiennent le VGluT3+. CONCLUSION: Nos données expérimentales ne nous permettent pas de conclure que la densité des varicosités axonales SERT+ ou SERT+/VGluT3+ au sein du striatum dorsal varie en fonction de la sévérité des mouvements involontaires anormaux induits par l’administration de L-Dopa. / Objectives: The release of dopamine by serotonin (5-HT) afferent projections of the striatum is known to be a major pre-synaptic determinant of L-Dopa-induced dyskinesia, a debilitating side effect of the pharmacological treatment of the Parkinson’s disease. The fact that 5-HT axons are able to release dopamine in a nonphysiological manner following the administration of L-Dopa might lead to the expression of dyskinesias. Some striatal 5-HT axons are known to contain VGluT3 and we hypothesize that this vesicular glutamate transporter has a synergic effect on dopamine packaging into synaptic vesicles and its release. The main goal of this research project is to measure VGluT3 in 5-HT striatal afferent projections and to evaluate its role in the expression of dyskinesias. Methods: Eighteen C57Bl6 mice were divided in 3 experimental groups. Twelve mice received intracerebral injection of 6-hydroxydopamine (6-OHDA) in the medial forebrain bundle to lesion the striatal dopaminergic afferent projections. Systematic daily injections of L-Dopa (during 12 days) were administrated in 6 of these 6-OHDA-lesioned mice. The other 6 mice received injections of the vehicle only and served as controls. The abnormal involuntary movements (the equivalent of dyskinesias in primates) were scored using a well-known and widely used motor scale. Double immunofluorescence for the 5-HT membrane transporter (SERT) and VGluT3 was performed to evaluate the density of immunolabeled axon varicosities and assess statistical differences between the 3 experimental groups. Results: Among the 3 groups, only a small percentage of 5-HT axonal varicosities express VGluT3 and these doubly labeled varicosities often occur along the same axonal branch. There is no significant difference between the 3 experimental groups regarding the density of SERT or SERT/VGluT3 axon varicosities in the dorsal striatum. Conclusion: Our data indicate that the density of SERT or SERT/VGluT3 immunolabeled axon varicosities in the dorsal striatum is not correlated with the severity or the expression of abnormal involuntary movement following L-Dopa administration

La maladie de Parkinson se caractérise entre autres par une dégénérescence progressive des neurones dopaminergiques de la substance noire pars compacta (SNpc) qui innervent le striatum. Cette dégénération entraîne une baisse de la sécrétion de dopamine dans le striatum qui est responsable de la majorité des symptômes moteurs de la maladie de Parkinson. Plusieurs approches ont été étudiées pour le traitement de la maladie de Parkinson :i) restaurer une synthèse de dopamine dans le striatum par une greffe striatale de neurones dopaminergique ou par un transfert striatal de gènes impliqués dans la synthèse de la dopamine ;ii) protéger et stimuler les neurones dopaminergiques survivants dans la substance noire pars compacta des patients ;iii) corriger les déséquilibres de la boucle motrice engendrés par la baisse de stimulation dopaminergique du striatum ;iv) stimuler et recruter des progéniteurs cérébraux pour les faire se différencier en neurones dopaminergiques dans le striatum. Toutes ces approches thérapeutiques peuvent impliquer des transferts de gènes.<p>Les vecteurs dérivés des virus adéno-associés (rAAV) constituent des outils de choix pour le transfert de gènes dans les tissus cérébraux. Par ailleurs, de nombreuses applications nécessitent une régulation de l’expression du transgène. Nous disposons au laboratoire d’un vecteur rAAV inductible à la tétracycline (rAAV-TetON).<p>Nous décrivons dans ce travail :<p> i) le comportement du vecteur rAAV dérivé du sérotype 1 d’AAV utilisant la cassette d’expression TetON (rAAV2/1-TetON) comparé à celui du rAAV2/1 utilisant un promoteur constitutif pour l’expression du transgène (rAAV2/1-pCMV) dans le striatum et le mésencéphale (contenant la substance noire). A l’aide d’un vecteur rAAV2/1-TetON exprimant le GDNF, nous montrons que nous pouvons moduler le niveau d’expression du transgène dans le striatum par la dose d’inducteur administré aux animaux. Par ailleurs, nous montrons que le rAAV2/1-TetON présente dans le striatum une efficacité de transduction moindre que le rAAV2/1-pCMV mais qu’il présente un profil de biosécurité supérieur au rAAV2/1-pCMV car il limite fortement l’expression du transgène hors du striatum. De plus, le rAAV2/1-TetON n’entraîne pas de recrutement de lymphocytes T ni d’activation de la microglie dans le striatum. Lorsqu’il est injecté dans le mésencéphale, le vecteur rAAV2/1-TetON, contrairement au rAAV2/1-pCMV présente une expression préférentielle dans les neurones dopaminergiques de la SNpc et de l’aire tégmentale ventrale (VTA).<p>ii) le comportement des vecteurs rAAV2/1-pCMV et scAAV2/1-pCMV (vecteur « self-complémentaire » permettant une expression du transgène indépendamment de la synthèse du second brin du génome viral) dans la région neurogénique de la zone sous-ventriculaire (ZSV). Nous avons montré que les vecteurs rAAV2/1 infectent efficacement la ZSV et s’y expriment rapidement. Les vecteurs scAAV2/1 s’expriment plus rapidement dans la ZSV que les vecteurs rAAV2/1 (expression maximum à 24h et 48h, respectivement). De plus, les vecteurs rAAV2/1 présentent une efficacité de transfection importante pour les progéniteurs neuraux en prolifération (cellules C, transient amplifying progenitors) et les neuroblastes en migration (cellules A) mais pas pour les cellules souches neurales (cellules B). Nous observons, par ailleurs, que les rAAV2/1 induisent une baisse transitoire de la prolifération de la ZSV. Cet effet est indépendant de l’expression du génome et dépend donc probablement de la capside virale de nos vecteurs. De plus, cette baisse de prolifération n’induit pas d’apoptose. A long terme, nous observons des cellules exprimant le transgène dans la zone granulaire du bulbe olfactif, indiquant que la transduction des progéniteurs de la ZSV n’interfère pas avec leurs capacités de migration et de différenciation.<p>iii) l’efficacité de différents sérotypes de rAAV pour le transfert de gènes dans les cellules progénitrices neurales (NPC) in vitro. Nous avons montré que les rAAV peuvent transduire des NPC mais que l’efficacité spécifique des différents sérotypes testés varie en fonction de la région du cerveau fœtal et de l’espèce dont les NPC sont issues. Par ailleurs, les rAAV induisent une réduction drastique de la prolifération des cultures de NPC dépendante du sérotype de rAAV utilisé mais pas de l’origine fœtale des NPC ou de l’espèce dont elles sont issues.<p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La maladie de Parkinson (MP) se caractérise par des troubles moteurs d'évolution progressive, conséquence de la dégénérescence des neurones dopaminergiques de la substance noire. Dans cette maladie, le vieillissement est un facteur de prédisposition majeur. Au cours de ma thèse, j'ai examiné dans un premier temps, les modèles in vivo utilisés au laboratoire pour étudier la MP chez la drosophile, à savoir l'expression de l'α-synucléine et l'intoxication au paraquat. J'ai ainsi contribué à l'identification d'une sous-population de neurones dopaminergiques impliquée dans les effets locomoteurs de l'α-synucléine et à la mise en évidence du rôle d'un récepteur dopaminergique de type D1 dans la neurotoxicité du paraquat. J'ai ensuite montré que l'activité des neurones dopaminergiques accélère la sénescence et diminue la durée de vie des drosophiles en contribuant de manière significative à la production des DRO dans le cerveau. Enfin, nous avons identifié et caractérisé chez la drosophile une protéine homologue de LAMP-2A, le récepteur lysosomal de l'autophagie médiée par les chaperonnes (AMC), et démontré que l'augmentation de la clairance neuronale des protéines cytosoliques par l'expression du LAMP-2A humain ou de son homologue de drosophile a des effets positifs sur le déclin locomoteur lié à l'âge et la résistance aux facteurs de la MP, mais qu'elle n'augmente pas la longévité. Ces résultats suggèrent que l'AMC est un mécanisme conservé chez la drosophile et que son activation protège contre le stress oxydatif et le vieillissement neuronal. / Parkinson's disease (PD) is characterized by progressive motor disorders resulting in dopaminergic neurons degeneration in the substantia nigra. In this pathology, aging is a major predisposing factor. During my thesis, I examined initially, in vivo models used in the laboratory to study the PD in Drosophila, namely the expression of α-synuclein and paraquat. I have contributed to the identification of dopaminergic neurons subpopulation involved in locomotor effects of α-synuclein and highlighting the role of a dopamine D1-like receptor in neurotoxicity of paraquat. I then shown that the activity of dopaminergic neurons accelerated senescence and decreases Drosophila lifespan by contributing significantly to the production of ROS in the brain. Finally, we identified and characterized Drosophila homologous of LAMP-2A protein, involves in autophagy-mediated chaperone (AMC), and demonstrated that the increase in neuronal clearance of cytosolic proteins by the expression human LAMP-2A or its Drosophila homologue has positive effects on the locomotor decline associated with aging and resistance against PD factors, but it does not increase longevity. These results suggest that the CMA is a conserved mechanism in Drosophila and its activation protects against oxidative stress and neuronal aging.

L’intégration sensori motrice (ISM) est le processus par lequel les afférences sensitives sont intégrées par le système nerveux central et utilisées pour assister l’exécution des programmes moteurs. Plusieurs données suggèrent que celle-ci est anormale dans la maladie de Parkinson et serait impliquée dans la pathophysiologie de l’akinésie. En effet, la discrimination cutanée, l’acuité tactile spatiale, la kinesthésie ont été décrites déficientes dans cette maladie. Sa sensibilité aux traitements dopaminergiques est controversée. L’objectif de notre travail a été de tacher de mettre en évidence cette ISM anormale dans la maladie de Parkinson grâce à 2 techniques neurophysiologiques. Il s’agissait pour la 1e de la synchronisation liée à l’évènement des rythmes bêta (SLE bêta) qui permet d’étudier la désactivation corticale à la fin d’un mouvement actif mais aussi l’intégration corticale des afférences somesthésiques notamment lors des mouvements passifs et de la stimulation électrique des nerfs périphériques. La 2nde était l’étude de la modulation de l’excitabilité du cortex moteur primaire (évalué par la stimulation magnétique transcrânienne (TMS)) par des afférences somesthésiques générées par la stimulation électrique du nerf médian. Le but était de mettre en évidence des anomalies dans la modulation de l’excitabilité du cortex moteur primaire dans les intervalles inhibiteurs courts et longs (SAI et LAI) et/ou facilitateur (AIF). L’effet des traitements dopaminergiques a été évalué dans les deux cas par un enregistrement des patients après un sevrage thérapeutique. De nombreux protocoles de stimulation magnétique transcrânienne répétitive du cortex moteur que ce soit à basse ou haute fréquence, ont montré une efficacité sur l’akinésie. Il semblerait que les séances à fréquence plus rapides soient plus efficaces. Nous avons testé une nouvelle technique excitatrice à haute fréquence dite theta burst intermittente (ITBS) en regard du cortex moteur primaire chez des patients parkinsoniens et évalué l’effet sur l’akinésie. Nous avons par ailleurs étudié l’effet de cette stimulation sur l’ISM évaluée en conditionnant la TMS par une stimulation électrique du nerf médian. Notre 1e partie de l’étude a mis en évidence un effondrement de la SLE bêta dans la maladie de Parkinson après un mouvement actif, passif et une stimulation électrique du nerf médian. La levodopa a amélioré seulement la SLE bêta lors du mouvement actif. Nous avons pu ainsi confirmer l’atteinte de la SLE bêta active dans la maladie de Parkinson en lien avec un déficit de désactivation corticale en fin de mouvement mais aussi mettre en évidence une atteinte de la SLE bêta sensitive témoin d’un déficit du traitement cortical des afférences proprioceptives. La SLE bêta active a été améliorée par la levodopa alors que la SLE sensitive n’a pas été modifiée ce qui montre la dopa sensibilité de la désactivation corticale et le caractère non dopa sensible de l'ISM. Notre 2e partie n’a pas mis en évidence de différence significative dans la modulation de l’excitabilité du cortex moteur primaire par la stimulation électrique du nerf médian entre des patients parkinsoniens en début de maladie ni à un stade plus avancé par rapport à des témoins appariés par l’âge. En revanche la prise de levodopa a été associée à une aggravation de la LAI ce qui suggère aussi l’absence d’amélioration de l’ISM dans la maladie de Parkinson voire son aggravation par le traitement dopaminergique. Nous avons par contre montré que la modulation de l’excitabilité du cortex moteur primaire déclinait avec le vieillissement normal pour ce qui concerne les intervalles longs inhibiteurs (LAI) et facilitateurs (AIF) grâce à une comparaison d’une population de sujets contrôles jeunes et âgés sains. La session unique d’ITBS appliquée sur le cortex moteur primaire des patients parkinsoniens a permis d’améliorer transitoirement l’akinésie et la rigidité du membre supérieur controlatéral. [...] / Sensori motor integration (SMI) is the process whereby sensory inputs are integrated by the central nervous system and used for assisting motor program execution. Further data suggest that SMI is deficient in Parkinson's disease and might be implied in pathophysiology of akinesia. Indeed, two point skin discrimination, precision in tactile spatial acuity, kinaesthesia have been described deficient in Parkinson's disease. Dopaminergic treatment effects in sensory processing are controversial. The aim of our study was to investigate SMI in Parkinson's disease by using two neurophysiological techniques. The first one was the event related synchronization of beta rhythms (ERS beta) which reflects neural deactivation of the motor network at the end of active movement and also somesthesic afferences processing after passive movement or electric nerve stimulation. The second technique was the modulation of primary motor cortex excitability (investigated by trans cranial magnetic stimulation (TMS)) by somesthesic afferences generated by median nerve electric stimulation. This electric nerve stimulation consisted in inhibitory short or long interstimulation intervals (respectively SAI and LAI) and also facilitatory interval (AIF). Dopaminergic treatment effect was investigated in both techniques by recording patients after treatment withdrawal. Many protocols of repetitive transcranial stimulation over the primary motor cortex have been shown to be effective to reduce akinesia in Parkinson’s disease. High frequencies of stimulation seem to be more effective. We aimed at studying if a new excitatory protocol of high frequency called intermittent theta-burst (iTBS) over the primary motor cortex also affects akinesia and SMI investigated by conditioning TMS by median nerve stimulation. The first part of our study showed a decrease in ERS beta in Parkinson disease after an active movement, a passive movement and en electric median nerve stimulation. We have confirmed that the active ERS beta is deficient in Parkinson's disease and is associated to a deficient motor cortex deactivation at the end of the movement. Furthermore, we showed that sensory ERS beta is deficient, reflecting that cortical processing of sensory afferences is also deficient. Levodopa enhanced active but not sensory beta ERS. This suggests the dopa sensitivity of motor cortex deactivation and the absence of dopasensitivity of cortical processing of somesthesic afferences generated by movement.The second part failed to show a significant difference between parkinsonian patients and age matched controls in the modulation of primary motor cortex by median nerve stimulation. In patients with Parkinson's disease, levodopa worsened LAI. This suggests that SMI in Parkinson disease is not dopa sensitive and is even worsened by treatment. In control subjects, the modulation of primary motor cortex excitability by sensory afferences declined with normal aging because LAI and AIF decreased in old compared to young controls.The unique session of iTBS over primary motor cortex in parkinsonian patients improved akinesia and rigidity of contralateral upper limb. This improvement was higher in patients under their usual dopaminergic treatment than in de novo patients or after treatment withdrawal. AIF was clearly enhanced but only in patients under usual dopaminergic treatment suggesting that iTBS over primary motor cortex has improved akinesia in patients treated by levodopa via an improvement of SMI.

Les ganglions de la base (GB) sont principalement connus pour leurs fonctions motrices, mais présentent également des fonctions non motrices. Sans surprise, il a été montré qu’ils sont impliqués dans des troubles moteurs tels que la maladie de Parkinson ou les dystonies. Des études récentes suggèrent que les GB jouent également un rôle prépondérant dans des maladies “non-motrices” telles que l’épilepsie d’absence , qui est une épilepsie généralisée non convulsive. Dans l’ensemble de ces dysfonctions des GB, les symptômes sont accompagnés de différents patrons oscillants d’activité neuronale souvent synchronisés entre les différents noyaux des GB, le cortex et d’autres aires cérébrales. Comment les GB peuvent-ils favoriser ou soutenir ces différentes activitées oscillantes?Des expériences récentes ont montré le rôle clé joué par les GB dans l’épilepsie d’absence et remettent en question le point de vue traditionnel selon lequel les circuits thalamo-corticaux sont responsables des crises d’absence. Nous proposons une nouvelle théorie selon laquelle les rétroactions opérées par les GB sur l’activité corticale rend le réseau bistable et entraîne les patrons d’activité oscillante qui apparaîssent pendant les crises. Notre théorie est compatible avec l’ensemble des résultats expérimentaux connus et elle prédit qu’un input excitateur transitoire sur le cortex peut terminer prématurément les crises d’absence. Nous présentons ici des résultats préliminaires en accord avec cette prédiction.De multiples fréquences des oscillations d’activité sont observées dans la maladie de Parkinson au sein des GB, telles que les fréquences correspondant aux tremblement des membres ou encore les oscillations béta. Nous montrons que notre model peut générer des oscillations à différentes échelles temporelles qui coïncident avec les fréquences des oscillations dans la maladie de Parkinson. Notre théorie peut rendre compte des oscillations observées dans la maladie de Parkinson et dans l’epilépsie d’absence dans un cadre théorique unifié et suggère deux scénarios pour expliquer les multiples fréquences des oscillations d’activité, à la fois pathologiques et fonctionnelles. / The Basal Ganglia (BG) are thought to be involved primarily in motor but also in non-motor functions. Unsurprisingly, the BG are shown to be involved in motor dysfunctions such as Parkinson's disease or dystonia. More recent studies suggest the key role of the BG in "non-motor" diseases such as absence epilepsy which is a generalized non-convulsive epilepsy. In these diseases, symptoms accompany various oscillatory patterns of neural activity often synchronized across the BG, cortex and other brain areas. How can the BG support these different kinds of oscillatory patterns?Recent experiments have highlighted the key role of the BG in absence seizures and question the traditional view in which thalamocortical circuits underlie absence seizures. We propose a novel theory according to which the feedbacks of cortical activity through BG make this network bistable and drive the oscillatory patterns of activity occurring during the seizures. Our theory is compatible with virtually all known experimental results and it predicts that well-timed transient excitatory inputs to the cortex advance the termination of absence seizures. We report preliminary experimental results consistent with this prediction.Multiple oscillatory frequencies are observed in Parkinsonian BG such as the frequencies of the limb tremor and the beta oscillations. We show that our model can generate oscillations with multiple timescales which resemble Parkinsonian oscillations. Our theory can model the oscillations in Parkinson's disease and absence epilepsy in a unified framework and points to two scenarios to explain multiple frequencies of pathological and functional oscillations.