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In der Pathogenese der Multiplen Sklerose (MS) wird autoantigenspezifischen proinflammatorischen T-Helferzellen eine entscheidende Rolle zugeschrieben. Das am meisten untersuchte Autoantigen ist das Myelin Basic Protein (MBP). Bisher waren zum Nachweis autoantigenspezifischer T-Zellen deren Kultur über Tage bis Monate unumgänglich. In dieser Arbeit wurden Methoden zum direkten ex vivo-Nachweis autoreaktiver T-Helferzellen etabliert, die die reaktive Sekretion der proinflammatorischen Zytokine Interferon gamma und Tumor Nekrose Faktor alpha nach sechsstündiger Stimulation nachweisen. Die durchflusszytometrische Analyse antigenreaktiver Zytokinexpression in fixierten Zellen wies eine Sensitivität von 1/10.000 in mononukleären Zellen des peripheren Blutes (PBMC) auf. Es konnten damit bei 34 untersuchten MS-Patienten und 25 gesunden Kontrollpersonen keine MBP-reaktiven T-Helferzellen detektiert werden, während sich die Reaktion auf die beiden Kontrollantigene Tetanus Toxoid und Cytomegalie Virus-Antigen in den beiden Gruppen nicht relevant unterschied. Deshalb wurde in einer anderen Methode reaktiv sezerniertes Zytokin extrazellulär auf lebenden Zellen gebunden und durch einen anschließenden magnetischen Anreicherungsschritt die Sensitivität auf 2/100.000 erhöht. Bei einem von acht MS-Patienten wurde so eine Population MBP-spezifischer Zellen mit einer Ausgangsfrequenz von 2,15/100.000 nachgewiesen. Im Liquor von drei MS-Patienten ließen sich keine MBP-reaktiven proinflammatorischen T-Helferzellen detektieren. Diese Ergebnisse implizieren, dass die Frequenz MBP-spezifischer T-Helferzellen im peripheren Blut und im Liquor der meisten MS-Patienten und Kontrollpersonen geringer ist als die Sensitivität der etablierten Methoden, diese Zellen jedoch bei einigen Patienten in höheren Frequenzen nachgewiesen werden können. / Autoantigen-specific proinflammatory T-helper cells are assumed to play an important role in the pathogenesis of Multiple Sclerosis (MS). The most extensively studied autoantigen is Myelin Basic Protein (MBP). To detect autoantigen-specific T-cells, so far these had to be cultured for several days or months. In this work methods for the direct ex vivo detection of autoreactive T-helper cells have been established by detecting the reactive secretion of the proinflammatory cytokines Interferon gamma and Tumor Necrosis Factor alpha after six hour stimulation. The flow cytometric analysis of antigen-reactive cytokine expression in fixed cells showed a sensitivity of 1/10.000 in peripheral blood mononuclear cells (PBMC). With this method there could not be detected any MBP-reactive T-helper cells in 34 MS-patients and 25 healthy controls, whereas the reaction after stimulation with the two control antigens Tetanus Toxoid and Cytomegalovirus antigen did not differ relevantly between the two groups. Therefore in another method the reactively secreted cytokine was bound on the surface of living cells and the sensitivity was then increased to 2/100.000 by following magnetic enrichment. With that, there could be detected a population of MBP-specific cells in one of eight MS-patients with a frequency of 2,15/100.000 in PBMC. There could not be found any MBP-reactive proinflammatory T-helper cells in the cerebrospinal fluid of three MS-patients. Our results suggest that the frequency of MBP-specific T-helper cells in peripheral blood and cerebrospinal fluid is below the employed methods' detection limit in most MS-patients, but seldom these cells can be detected in higher frequencies.

In der Entwicklung des peripheren Nervensystems formen Schwannzellen eine Myelinscheide um Axone mit einem Durchmesser von mehr als 1 μm durch die Bildung multipler kompakter Membranschichten. Voraussetzung einer optimalen Nervenleitgeschwindigkeit ist dabei ein physiologisches Verhältnis der Dicke der Myelinscheide zu dem jeweiligen Axondurchmesser. Eine zentrale Rolle spielt dabei der axonale EGF-like growth factor NRG1 Typ III, der ErbB2/3- Rezeptoren der Schwannzelle bindet. Der PI3K-AKT-Signalweg ist ein bekannter intrazellulärer Effektor des ErbB2/3-Rezeptors und wurde bereits mit dem Prozess der Myelinisierung in Verbindung gebracht. Um die spezifische Funktion des PI3K-AKT-Signalwegs in Schwannzellen zu erforschen, generierten wir mit Hilfe des Cre/LoxP-Systems Mausmutanten, die eine zellspezifische Inaktivierung des Gens Phosphatase and Tensin Homolog (Pten) in myelinisierenden Gliazellen aufweisen (Pten-Mutanten). Der Verlust der Lipidphosphatase PTEN führte zu einer Anreicherung ihres Substrates, des second messenger Phosphatidyl-(3,4,5)-Trisphosphat (PIP3), und damit zu einer gesteigerten Aktivität des PI3K-AKT-Signalwegs in den Schwannzellen der Pten-Mutanten. Wir beobachteten in den Pten-Mutanten eine ektopische Myelinisierung von unmyelinisierten C- Faser-Axonen sowie eine Hypermyelinisierung von Axonen bis 2 μm Durchmesser. Bei Axonen über 2 μm Durchmesser kam es zu Myelinausfaltungen und fokalen Hypermyelinisierungen (Tomacula) anliegend an Regionen des unkompakten Myelins (Paranodien und Schmidt- Lantermann-Inzisuren). Weiterhin bildeten die mutanten Remak-Schwannzellen unkompakte Membranwicklungen um nicht-myelinisierte C-Faser-Axone und um Kollagenfaserbündel aus („Remak-Myelin“). Sowohl in den Regionen unkompakten Myelins als auch in Remak- Schwannzellen konnte eine erhöhte Aktivität des PI3K-AKT-Signalwegs nachgewiesen werden. Vermutlich setzt die Anreicherung von PIP3 mit Überaktivierung des PI3K-AKT-Signalwegs in den mutanten Gliazellen einen zellautonomen Prozess der Umwicklung von Axonen in Gang. Die zusätzliche Bildung von „Remak-Myelin“ um Kollagenfasern, die keine Membranoberfläche besitzen, weist darauf hin, dass dieser Prozess nicht von einer bidirektionalen axo-glialen Kommunikation abzuhängen scheint. Die beobachteten Tomacula und Myelinausfaltungen zeigten Ähnlichkeiten mit Mausmodellen für hereditäre Neuropathien des Menschen, wie HNPP und CMT4B. Wir vermuten, dass PTEN im unkompakten Myelin unkontrolliertes Membranwachstum verhindert und dass eine gestörte Balance von Phosphoinositiden einen Pathomechanismus von tomaculösen Neuropathien darstellt. Somit identifizieren wir den PI3K-AKT-Signalweg als ein mögliches Ziel zukünftiger Therapiekonzepte für hereditäre Neuropathien des Menschen.

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To fully understand how the brain works, it is necessary to relate the brain’s function to its anatomy. Cortical anatomy is subject-specific. It is character- ized by the thickness and number of intracortical layers, which differ from one cortical area to the next. Each cortical area fulfills a certain function. With magnetic res- onance imaging (MRI) it is possible to study structure and function in-vivo within the same subject. The resolution of ultra-high field MRI at 7T allows to resolve intracortical anatomy. This opens the possibility to relate cortical function of a sub- ject to its corresponding individual structural area, which is one of the main goals of neuroimaging. To parcellate the cortex based on its intracortical structure in-vivo, firstly, im- ages have to be quantitative and homogeneous so that they can be processed fully- automatically. Moreover, the resolution has to be high enough to resolve intracortical layers. Therefore, the in-vivo MR images acquired for this work are quantitative T1 maps at 0.5 mm isotropic resolution. Secondly, computational tools are needed to analyze the cortex observer-independ- ently. The most recent tools designed for this task are presented in this thesis. They comprise the segmentation of the cortex, and the construction of a novel equi-volume coordinate system of cortical depth. The equi-volume model is not restricted to in- vivo data, but is used on ultra-high resolution post-mortem data from MRI as well. It could also be used on 3D volumes reconstructed from 2D histological stains. An equi-volume coordinate system yields firstly intracortical surfaces that follow anatomical layers all along the cortex, even within areas that are severely folded where previous models fail. MR intensities can be mapped onto these equi-volume surfaces to identify the location and size of some structural areas. Surfaces com- puted with previous coordinate systems are shown to cross into different anatomical layers, and therefore also show artefactual patterns. Secondly, with the coordinate system one can compute cortical traverses perpendicularly to the intracortical sur- faces. Sampling intensities along equi-volume traverses results in cortical profiles that reflect an anatomical layer pattern, which is specific to every structural area. It is shown that profiles constructed with previous coordinate systems of cortical depth disguise the anatomical layer pattern or even show a wrong pattern. In contrast to equi-volume profiles these profiles from previous models are not suited to analyze the cortex observer-independently, and hence can not be used for automatic delineations of cortical areas. Equi-volume profiles from four different structural areas are presented. These pro- files show area-specific shapes that are to a certain degree preserved across subjects. Finally, the profiles are used to classify primary areas observer-independently.

La formation de la gaine de myéline est un processus complexe et finement régulé. Une altération de l’expression des gènes codant pour les protéines structurales de cette gaine entraine de graves neuropathies démyélinisantes. Notre objectif est d’identifier de nouvelles voies de signalisation capables de moduler l’expression de ces gènes. Les cellules de Schwann et les oligodendrocytes contiennent et synthétisent de grande quantité de dérivés oxydés du cholestérol : les oxystérols. Ces molécules sont connues pour leurs rôles dans le maintien de l’homéostasie du cholestérol et dans la progression des maladies neurodégénératives. Les oxystérols peuvent être classés en deux groupes : ceux dont l’oxydation a lieu sur la chaine carbonée latérale (25OH) et ceux qui portent une oxydation sur l’un des cycles du cholestérol (7KC). Nous nous sommes tout d’abord intéressés à la première catégorie d’oxystérols. Nous avons montré que le 25OH, réprimait l’expression des gènes de la myéline périphérique P0 et PMP22. Cette activité répressive était le fruit d’un mécanisme direct conduisant à une augmentation de la quantité des LXRs liés à leurs éléments de réponse sur les promoteurs des gènes de la myéline, et d’un mécanisme indirect provoquant une diminution de l’activité de la voie Wnt/β-caténine. En revanche, dans le SNC, nos résultats indiquent que le 25OH active l’expression des gènes de la myéline PLP et MBP. Le traitement, par ces oxystérols, de cultures organotypiques de cervelet démyélinisées par la lysolécithine permet une remyélinisation des axones des cellules de Purkinje. Nous nous sommes ensuite penchés sur le rôle du corégulateur transcriptionnel RIP140. Ce dernier peut soit agir comme un corépresseur soit comme un coactivateur. Il peut interagir avec le LXR. L’invalidation de RIP140 dans le poisson zèbre altère les gaines de myéline. Nous avons montré que RIP140 possédait des rôles bivalents dans la régulation de la myélinisation. En effet, il est capable d’activer mais aussi de réprimer l’activité transcriptionnelle de P0 et de PMP22. Enfin, nous nous sommes intéressés à la seconde catégorie d’oxystérols. Le 7KC est l’oxystérol majoritairement présent dans le SNP et la CS. Il est connu pour moduler l’action du récepteur aux dioxines : le AhR. Ce récepteur a été très largement étudié dans un cadre toxicologique. Cependant ses rôles et ses ligands endogènes restent à ce jour encore assez méconnus. Nos résultats indiquent que le AhR est impliqué dans le contrôle de l’expression des gènes de la myéline périphérique. L’invalidation du AhR, chez la souris, provoque des anomalies structurales de la gaine de myéline conduisant à des déficits moteurs. Cette étude a permis de mieux comprendre les dialogues entre les voies de signalisation gouvernant le processus de myélinisation. Ce travail apporte également de nouvelles perspectives thérapeutiques des maladies neurodégénératives comme la CMT1A ou la sclérose en plaques. / The myelination of axons is a complex process performed by Schwann cells (SC) and by oligodendrocytes (OL) respectively in the peripheral nervous system (PNS) and in the central nervous system (CNS). A slight change in expression of myelin structural proteins has a deep impact on the development and preservation of nerve fibers and their myelin sheaths, as observed for example in Charcot-Marie-Tooth disease or in Pelizaeus-Merzbacher disease. Our aim is to identify new signaling pathways able to control the expression of these structural proteins. SC and OL contain and synthesize high amount of reactive molecules generated from the oxidation of cholesterol: the oxysterols. Their implication in cholesterol homeostasis and in the progression of neurodegenerative disorders is well known but few data are available for their functions in myelination of PNS and CNS. Firstly, we demonstrate that oxysterols inhibit peripheral myelin gene expression: MPZ and PMP22. This downregulation is mediated by two mechanisms: by increasing the binding of LXRs to myelin genes promoters and by inhibiting the Wnt/β-catenin pathway leading to a decrease of b-catenin recruitment at the levels of the MPZ and PMP22 promoters. However, in the CNS, our data demonstrate that activation of LXRS by oxysterols stimulate myelin genes expression (PLP and MBP). Interestingly, by using demyelinated organotipc culture of cerebellum, we show that oxysterols enhance OL differentiation and promote remyelination, via LXRs. Then, we studied the role of the transcriptional coregulatory, RIP140, in myelination. RIP140 is able to act as a corepressor or as a coactivator and can interact with LXRs. In Zebrafish, the knocked down of the orthologue of RIP140 led to a decrease of peripheral and central myelin gene expression and to a defect in myelin sheath ultrastructure. Finally, we focused on impact of AhR in myelination process. AhR is a ligand activated transcription factor mostly known to interact with environmental pollutant like dioxins to mediate their toxic and carcinogenic effect. However, its detoxifying activity is posterior to the apparition of the gene and its physiological roles and endogenous ligands remain elusive. We show that the main oxysterol in the nervous system is 7-ketocholesterol which is an endogenous modulator of AhR. We report that the constitutive absence of AhR in mice leads to defects in locomotion behaviors. We studied the impact of this invalidation on the myelin of sciatic nerve. We observed a severe demyelinating phenotype and deregulation of myelin genes expression. Moreover, we demonstrated a cross-talk between AhR and Wnt/β-catenin pathways. Our data reveal a new endogenous role of AhR in myelination process.

L’Imagerie par résonance magnétique (IRM) est un outil fondamental pour l’exploration in vivo du développement du cerveau chez le fœtus, le bébé et l’enfant. Elle fournit plusieurs paramètres quantitatifs qui reflètent les changements des propriétés tissulaires au cours du développement en fonction de différents processus de maturation. Cependant, l’évaluation fiable de la maturation de la substance blanche est encore une question ouverte: d'une part, aucun de ces paramètres ne peut décrire toute la complexité des changements sous-jacents; d'autre part, aucun d'eux n’est spécifique d’un processus de développement ou d’une propriété tissulaire particulière. L’implémentation d’approches multiparamétriques combinant les informations complémentaires issues des différents paramètres IRM devrait permettre d’améliorer notre compréhension du développement du cerveau. Dans ce travail de thèse, je présente deux exemples de telles approches et montre leur pertinence pour l'étude de la maturation des faisceaux de substance blanche. La première approche fournit une mesure globale de la maturation basée sur la distance de Mahalanobis calculée à partir des différents paramètres IRM (temps de relaxation T1 et T2, diffusivités longitudinale et transverse du tenseur de diffusion DTI) chez des nourrissons (âgés de 3 à 21 semaines) et des adultes. Cette approche offre une meilleure description de l’asynchronisme de maturation à travers les différents faisceaux que les approches uniparamétriques. De plus, elle permet d'estimer les délais relatifs de maturation entre faisceaux. La seconde approche vise à quantifier la myélinisation des tissus cérébraux, en calculant la fraction de molécules d’eau liées à la myéline (MWF) en chaque voxel des images. Cette approche est basée sur un modèle tissulaire avec trois composantes ayant des caractéristiques de relaxation spécifiques, lesquelles ont été pré-calibrées sur trois jeunes adultes sains. Elle permet le calcul rapide des cartes MWF chez les nourrissons et semble bien révéler la progression de la myélinisation à l’échelle cérébrale. La robustesse de cette approche a également été étudiée en simulations. Une autre question cruciale pour l'étude du développement de la substance blanche est l'identification des faisceaux dans le cerveau des enfants. Dans ce travail de thèse, je décris également la création d'un atlas préliminaire de connectivité structurelle chez des enfants âgés de 17 à 81 mois, permettant l'extraction automatique des faisceaux à partir des données de tractographie. Cette approche a démontré sa pertinence pour l'évaluation régionale de la maturation de la substance blanche normale chez l’enfant. Pour finir, j’envisage dans la dernière partie du manuscrit les applications potentielles des différentes méthodes précédemment décrites pour l’étude fine des réseaux de substance blanche dans le cadre de deux exemples spécifiques de pathologies : les épilepsies focales et la leucodystrophie métachromatique. / Magnetic Resonance Imaging (MRI) is a fundamental tool for in vivo investigation of brain development in newborns, infants and children. It provides several quantitative parameters that reflect changes in tissue properties during development depending on different undergoing maturational processes. However, reliable evaluation of the white matter maturation is still an open question: on one side, none of these parameters can describe the whole complexity of the undergoing changes; on the other side, neither of them is specific to any particular developmental process or tissue property. Developing multiparametric approaches combining complementary information from different MRI parameters is expected to improve our understanding of brain development. In this PhD work, I present two examples of such approaches and demonstrate their relevancy for investigation of maturation across different white matter bundles. The first approach provides a global measure of maturation based on the Mahalanobis distance calculated from different MRI parameters (relaxation times T1 and T2, longitudinal and transverse diffusivities from Diffusion Tensor Imaging, DTI) in infants (3-21 weeks) and adults. This approach provides a better description of the asynchronous maturation across the bundles than univariate approaches. Furthermore, it allows estimating the relative maturational delays between the bundles. The second approach aims at quantifying myelination of brain tissues by calculating Myelin Water Fraction (MWF) in each image voxel. This approach is based on a 3-component tissue model, with each model component having specific relaxation characteristics that were pre-calibrated in three healthy adult subjects. This approach allows fast computing of the MWF maps from infant data and could reveal progression of the brain myelination. The robustness of this approach was further investigated using computer simulations. Another important issue for studying white matter development in children is bundles identification. In the last part of this work I also describe creation of a preliminary atlas of white matter structural connectivity in children aged 17-81 months. This atlas allows automatic extraction of the bundles from tractography datasets. This approach demonstrated its relevance for evaluation of regional maturation of normal white matter in children. Finally, in the last part of the manuscript I describe potential future applications of the previously developed methods to investigation of the white matter in cases of two specific pathologies: focal epilepsy and metachromatic leukodystrophy.

Introdução: A doença associada ao anticorpo MOG-IgG tem sido reconhecida como uma entidade clínica distinta de neuromielite óptica (NMO) e esclerose múltipla (EM). As principais apresentações clínicas associadas ao MOG-IgG são neurite óptica (NO), mielite e encefalite. Apesar das crescentes evidências na literatura, o papel da análise longitudinal de MOG-IgG ainda não é conhecido. Os objetivos deste estudo foram 1) descrever os aspectos clínicos, laboratoriais e imagenológicos dos pacientes MOG-IgG positivo; 2) estudar as diferenças clínicas e laboratoriais entre os pacientes MOG-IgG com curso monofásico e recorrente; 3) analisar a existência de fatores preditores de recorrência de surtos; 4) investigar se a persistência de MOG-IgG determina doença recorrente; 5) comparar as características clínicas e laboratoriais de pacientes MOG-IgG com pacientes NMOSD AQP4-IgG positivo e negativo. Casuística e métodos: após avaliação de elegibilidade de 574 sujeitos, foram incluídos 31 pacientes MOG-IgG positivos. Estes pacientes foram divididos em dois grupos segundo o padrão de surto, monofásico ou recorrente. Os pacientes foram acompanhados por dois anos em consulta clínica semestral e coleta anual de amostra de sangue para avaliação de MOG-IgG e AQP4-IgG. Resultados: neurite óptica (NO) foi frequente em ambos os grupos sem diferença significativa. Mielite foi encontrada em maior proporção nos pacientes recorrentes, porém sem significância estatística. NO acarretou maior risco para novos surtos, RC= 3,66 (IC 95 % 1,03- 29,91) (p 0,048). Após um primeiro surto de NO, existe uma probabilidade de 75% de que o segundo surto seja também NO. A mesma análise foi realizada para pacientes com mielite no primeiro surto, com uma probabilidade de 80% de mielite no segundo surto. A mediana de EDSS foi maior no grupo de pacientes recorrentes, sendo a diferença significativa entre o grupo recorrente e monofásico (p 0,013). A doença associada ao MOG-IgG possui bom prognóstico com melhora significante de EDSS e acuidade visual (AV) no desfecho quando comparados aos do evento inicial. O desfecho de AV não se correlacionou diretamente com número de episódios de NO. O tratamento imunossupressor profilático reduziu de forma significativa a ocorrência de surtos (p < 0,001). Na análise longitudinal de sorologias de MOG-IgG, a permanência de MOG-IgG esteve associada à atividade clínica de doença e o tratamento imunossupressor reduziu de forma significativa a taxa de amostras positivas. Altos títulos de MOG-IgG tiveram correlação com maior número de surtos de neurite óptica. As sorologias de pacientes com curso monofásico se tornaram negativas ao longo do seguimento clínico, e pacientes recorrentes em remissão clínica também apresentaram menor proporção de amostras positivas / Introduction: The MOG-IgG-associated disease has been recently recognized as different from multiple sclerosis and neuromyelitis optica spectrum disorders. The main phenotypes associated with MOG-IgG are optic neuritis, myelitis and encephalitis. Although there is a growing body of evidence in the literature, the role of longitudinal MOG-IgG analysis is still unknown. The objectives of this study were: 1) to describe clinical and laboratorial aspects of MOG-IgG positive patients; 2) to study the differences between monophasic and relapsing group in clinical and laboratorial aspects; 3) to analyze predictors factors associated with risk of recurrence; 4) to investigate if the persistence of MOG-IgG is associated with risk of relapses; 5) to compare clinical and laboratorial aspects of MOG-IgG patients with NMOSD AQP4-IgG positive and negative patients. Methods: After assessment of eligibility in 574 subjects, 31 patients have been included. These patients have been divided in two groups, according to the course of the disease, if monophasic or relapsing. They have been followed for two years. During this period, annual blood samples have been collected to detect MOG-IgG and AQP4-IgG. Results: optic neuritis (ON) phenotype was frequent in both, monophasic and relapsing group; there were no statistically significant differences between them. Myelitis predominates in the relapsing group, with no significance though. The risk of recurrence is increased by having ON OR 3,66 (CI 95 % 1,03- 29,91) (p 0,048). In a logistic regression analysis, when the patient had ON in the first attack, we found a 75 % probability of having ON in the second attack. When analyzing myelitis, the risk of having a second myelitis as a phenotype was 80%. There were significant differences in EDSS scores between monophasic and relapsing patients (p 0,013). Good outcomes have been found when evaluating EDSS scores and visual acuity at the last visit. Immunossupressor treatment has significantly reduced the number of relapses (p < 0,001). When analyzing longitudinal MOG-IgG samples, relapses have been associated with positive serostatus and the immunosuppressor treatment has significantly reduced the proportion of MOG-IgG positivity. High MOG-IgG titers have been associated with higher proportion of optic neuritis relapses. Monophasic patients became MOG-IgG negative during follow-up, as well as relapsing patients on clinical remission

L’Imagerie par résonance magnétique (IRM) est un outil fondamental pour l’exploration in vivo du développement du cerveau chez le fœtus, le bébé et l’enfant. Elle fournit plusieurs paramètres quantitatifs qui reflètent les changements des propriétés tissulaires au cours du développement en fonction de différents processus de maturation. Cependant, l’évaluation fiable de la maturation de la substance blanche est encore une question ouverte: d'une part, aucun de ces paramètres ne peut décrire toute la complexité des changements sous-jacents; d'autre part, aucun d'eux n’est spécifique d’un processus de développement ou d’une propriété tissulaire particulière. L’implémentation d’approches multiparamétriques combinant les informations complémentaires issues des différents paramètres IRM devrait permettre d’améliorer notre compréhension du développement du cerveau. Dans ce travail de thèse, je présente deux exemples de telles approches et montre leur pertinence pour l'étude de la maturation des faisceaux de substance blanche. La première approche fournit une mesure globale de la maturation basée sur la distance de Mahalanobis calculée à partir des différents paramètres IRM (temps de relaxation T1 et T2, diffusivités longitudinale et transverse du tenseur de diffusion DTI) chez des nourrissons (âgés de 3 à 21 semaines) et des adultes. Cette approche offre une meilleure description de l’asynchronisme de maturation à travers les différents faisceaux que les approches uniparamétriques. De plus, elle permet d'estimer les délais relatifs de maturation entre faisceaux. La seconde approche vise à quantifier la myélinisation des tissus cérébraux, en calculant la fraction de molécules d’eau liées à la myéline (MWF) en chaque voxel des images. Cette approche est basée sur un modèle tissulaire avec trois composantes ayant des caractéristiques de relaxation spécifiques, lesquelles ont été pré-calibrées sur trois jeunes adultes sains. Elle permet le calcul rapide des cartes MWF chez les nourrissons et semble bien révéler la progression de la myélinisation à l’échelle cérébrale. La robustesse de cette approche a également été étudiée en simulations. Une autre question cruciale pour l'étude du développement de la substance blanche est l'identification des faisceaux dans le cerveau des enfants. Dans ce travail de thèse, je décris également la création d'un atlas préliminaire de connectivité structurelle chez des enfants âgés de 17 à 81 mois, permettant l'extraction automatique des faisceaux à partir des données de tractographie. Cette approche a démontré sa pertinence pour l'évaluation régionale de la maturation de la substance blanche normale chez l’enfant. Pour finir, j’envisage dans la dernière partie du manuscrit les applications potentielles des différentes méthodes précédemment décrites pour l’étude fine des réseaux de substance blanche dans le cadre de deux exemples spécifiques de pathologies : les épilepsies focales et la leucodystrophie métachromatique. / Magnetic Resonance Imaging (MRI) is a fundamental tool for in vivo investigation of brain development in newborns, infants and children. It provides several quantitative parameters that reflect changes in tissue properties during development depending on different undergoing maturational processes. However, reliable evaluation of the white matter maturation is still an open question: on one side, none of these parameters can describe the whole complexity of the undergoing changes; on the other side, neither of them is specific to any particular developmental process or tissue property. Developing multiparametric approaches combining complementary information from different MRI parameters is expected to improve our understanding of brain development. In this PhD work, I present two examples of such approaches and demonstrate their relevancy for investigation of maturation across different white matter bundles. The first approach provides a global measure of maturation based on the Mahalanobis distance calculated from different MRI parameters (relaxation times T1 and T2, longitudinal and transverse diffusivities from Diffusion Tensor Imaging, DTI) in infants (3-21 weeks) and adults. This approach provides a better description of the asynchronous maturation across the bundles than univariate approaches. Furthermore, it allows estimating the relative maturational delays between the bundles. The second approach aims at quantifying myelination of brain tissues by calculating Myelin Water Fraction (MWF) in each image voxel. This approach is based on a 3-component tissue model, with each model component having specific relaxation characteristics that were pre-calibrated in three healthy adult subjects. This approach allows fast computing of the MWF maps from infant data and could reveal progression of the brain myelination. The robustness of this approach was further investigated using computer simulations. Another important issue for studying white matter development in children is bundles identification. In the last part of this work I also describe creation of a preliminary atlas of white matter structural connectivity in children aged 17-81 months. This atlas allows automatic extraction of the bundles from tractography datasets. This approach demonstrated its relevance for evaluation of regional maturation of normal white matter in children. Finally, in the last part of the manuscript I describe potential future applications of the previously developed methods to investigation of the white matter in cases of two specific pathologies: focal epilepsy and metachromatic leukodystrophy.

Lesioned axons do not regenerate in the adult mammalian central nervous system, owing to the overexpression of inhibitory molecules such as myelin-derived proteins or chondroitin sulphate proteoglycans. In order to overcome axon inhibition, strategies based on extrinsic and intrinsic treatments have been developed. For myelin-associated inhibition, blockage with NEP1-40, receptor bodies or IN-1 antibodies has been used. In addition, endogenous blockage of cell signalling mechanisms induced by myelin-associated proteins is a potential tool for overcoming axon inhibitory signals. We examined the participation of glycogen synthase kinase 3 (GSK3beta) and ERK1/2 in axon regeneration failure in lesioned cortical neurons. We also investigated whether pharmacological blockage of GSK3beta and ERK1/2 activities facilitates regeneration after myelin-directed inhibition in two models: i) cerebellar granule cells and ii) lesioned entorhino-hippocampal pathway in slice cultures, and whether the regenerative effects are mediated by Nogo Receptor 1 (NgR1). We demonstrate that, in contrast to ERK1/2 inhibition, the pharmacological treatment of GSK3beta inhibition strongly facilitated regrowth of cerebellar granule neurons over myelin independently of NgR1. Lastly these regenerative effects were corroborated in the lesioned EHP in NgR1 -/- mutant mice. These results provide new findings for the development of new assays and strategies to enhance axon regeneration in injured cortical connections. On the other hand, and focused in the OMgp, by using recording electrophysiological nano-devices we found that, OMgp has a role in synaptic transmission, since it can induce excitatory postsynaptic potentials (EPSPs) in cultured hippocampal neurons.