L'utilisation de modèles en éléments finis du corps humain a été initiée au début des années 90 comme outil d'aide à la conception de dispositifs de sécurité automobile. Obtenir une personnalisation géométrique de tels modèles est une préoccupation récente afin d'en optimiser la biofidélité. Le but de cette étude est donc d'accroître notre compréhension des géométries externes et internes du corps humain, et fournir des outils de personnalisation de modèles numériques. En premier lieu, une base de données géométriques externes (anthropométrie corps entier) et internes(morphométrie du rachis, du bassin et du thorax) collectées sur 85 volontaires a été constituée à l'aide de mesures anthropométriques classiques et des méthodes de reconstruction stéréoradiographiques tridimensionnelles. L'exploitation de cette base de données a abouti à une description détaillée des géométries externes et internes de sujets asymptomatiques. Elle a également permis de développer et évaluer une méthode statistique d'estimation de paramètres anthropométriques (externes) et morphométriques (internes) basée sur près de 200 modèles anthropométriques (i.e. régressions linéaires simples et multiples) externe/externe et externe/interne. Grâce à cette méthode, 10 mesures anthropométriques suffisent pour modéliser la géométrie externe (43 dimensions du corps entier assis et debout) et interne (155 dimensions du bassin, vertèbres C3 à L5, et côtes niveaux 1 à 10) d'un individu (errreur moyenne: 2,3%(2

Les techniques de monitorage per-opératoire par potentiels évoqués auditifs du tronc cérébral (PEAop) sont utiles pour la chirurgie de l'angle ponto-cérébelleux et visent à augmenter la préservation del'audition. Le monitorage auditif informe le chirurgien des modifications de la fonction auditive, mais les techniques existantes ont leurs limites, et de nouvelles méthodes doivent être inventées. Dans ce but, un nouveau système compact de PEAop a été conçu qui donne une information en temps réel (moins de 10 sec) sur la fonction auditive. Un algorithme original de réjection d'artéfact et une analyse par transformée de Fourier ont été développés. Les tests cliniques ont porté sur 23 patients. Les résultats indiquent que notre technique a des avantages significatifs par rapport aux autres méthodes de monitorage, bien qu'aucune différence statistiquement significative dans le taux de préservation auditive n'ait pu être rapporté. Pour augmenter l'efficacité du monitorage auditif per-opératoire, des enregistrements par potentiels directs sur nerfs seront associés aux PEAop. Dans ce but, nous avons mis au point une micro-électrode flexible à haute résolution spatio-temporelle pour réaliser des enregistrements directs. Des tests sur modèle animal par enregistrement multi-sites des aires auditives corticales, en réponse à une stimulation acoustique ou électrique au niveau du noyau cochléaire, ont prouvé la faisabilité de la technique. L'utilisation de micro-électrodes souples devrait permettre une meilleure compréhension du codage du signal le long des voies auditives, et conduire à de nouvelles applications pour le système auditif chez l'homme.

Cette thèse porte sur la perception visuelle, auditive et audiovisuelle des voyelles nasales [ɑ̃] (« lent »),[ɔ̃] (« long ») et [ɛ̃] (« lin ») par des adultes devenus sourds, implantés cochléaires et implantés dutronc cérébral. L’étude sur la perception visuelle des voyelles, auprès de 22 adultes devenus sourds,redéfinit les sosies labiaux des voyelles nasales et propose une mise à jour de la classification desvisèmes. Trois études sur l’identification auditive des voyelles nasales auprès de 82, 15 et 10 adultesimplantés cochléaires mettent en évidence leur difficulté à reconnaitre les trois voyelles nasales, qu’ilsperçoivent comme des voyelles orales. Les analyses acoustiques et perceptives suggèrent que lesadultes implantés cochléaires s’appuient sur les informations fréquentielles des deux premiers picsspectraux mais négligent les informations d’intensité relative de ces pics. D’après l’étude menéeauprès de 13 adultes implantés du tronc cérébral, des informations acoustiques linguistiques sonttransmises par l’implant du tronc cérébral mais la fusion entre les informations auditives et visuellespourrait être optimisée pour l’identification des voyelles. Enfin, une enquête auprès de 179orthophonistes pointe le besoin d’une information sur la définition phonétique articulatoire actualiséedes voyelles [ɑ̃] et [ɛ̃]. / This thesis focuses on the visual, auditory and auditory-visual perception of french nasal vowels [ɑ̃](« lent »), [ɔ̃] (« long ») and [ɛ̃] (« lin ») by Cochlear Implant (CI) and Auditory Brainstem Implant(ABI) adults users. The study on visual perception of vowels, with 22 deafened adults, redefines thelip configuration of french nasal vowels and provides an update of the classification of vocalic visualphonemes. Three studies on auditory identification of nasal vowels with 82, 15 and 10 CI usershighlight their difficulty in recognizing the three nasal vowels, which they perceive as oral vowels.Acoustic and perceptual analyzes suggest that adults with CI rely on frequency informations of thefirst two spectral peaks but miss the informations of relative intensity of these peaks. The study with13 ABI users show that some linguistic acoustic cues are transmitted by the ABI but the fusion ofauditory and visual features could be optimized for the identification of vowels. Finally, a survey of179 Speech Language and Hearing Therapists show the need of an update on the phonetic articulationof french nasal vowels [ɑ̃] and [ɛ̃].

Thèse (Ph.D.) -- Université Laval, 1997. / Bibliogr.: f. 225-294. Publié aussi en version électronique.

Le gliome infiltrant du tronc cérébral est une tumeur gliale pédiatrique de très mauvais pronostic. La survie médiane des patients varie entre 9 et 12 mois. Son aspect typique en imagerie permet le diagnostic sans confirmation histologique mais a limité la compréhension de la physiopathologie de ces tumeurs pendant plusieurs années. L'identification des mutations des histones H3 K27M comme identité moléculaire des gliomes infiltrants du tronc cérébral définit cette tumeur comme une entité unique en 2012 et la sépare des autres tumeurs cérébrales. Il y a deux variantes des histones H3 à l’origine des tumeurs, la variante H.3.1 et la variante H3.3 qui forment deux sous-groupes présentant des phénotypes et des pronostics différents. L'objectif de cette thèse était d'utiliser les techniques d'imagerie multimodale pour mieux comprendre la physiopathologie des gliomes infiltrants du tronc cérébral, en observant l'évolution des effets des différents traitements à différents temps. Nous avons tout d'abord montré une augmentation des index de perfusion associée à une diminution de l'oedème lésionnel en post- radiothérapie. Puis nous avons décrit en imagerie le phénomène de pseudo-progression. Ce phénomène, qu’il ne faut pas prendre pour une vraie progression tumorale, est caractérisé par une augmentation du volume et du rehaussement tumoral associé à une augmentation importante des index de perfusion. Le ratio d’augmentation du flux sanguin lésionnel dans les suites de la radiothérapie permet identifier une pseudo-progression avec une sensibilité et une spécificité élevées. Ces 2 groupes de patients (sans et avec pseudo-progression) ont un comportement en imagerie très différents en fin de vie. Nous avons ensuite comparé les paramètres d'imagerie aux données histologiques pour mieux appréhender les deux types de mutation d'histones. Les tumeurs H3.1 présentent plus d'oedème, plus de nécrose et une perfusion moins élevée. Les tumeurs H3.3 ont une perfusion plus élevée et moins d'oedème. La valeur du volume sanguin lésionnel est positivement corrélée à la charge tumorale. L’imagerie multimodale est essentielle dans le suivi et la compréhension des mécanismes physiopathologiques des DIPG. Elle devra être incluse dans les protocoles de recherches (efficacité des nouvelles chimiothérapies ciblées et nouvelles techniques d’application, modèles murins, radiomics, corrélation avec les nouvelles quantifications histologiques) dans le but d’avancer puis un jour de guérir ces petits patients. / Diffuse Intrinsic Pontine Glioma is a pediatric tumor with very poor prognosis. Median survival is 9-12 months. Its typical MRI appearance allows for diagnosis without histological confirmation, but has limited understanding its pathophysiology for years. DIPGs molecular identity identified as histone H3K27M mutations in 2012 defined them as a separate entity. Two subgroups with different phenotypes and prognoses are associated with mutations in one of the two variants H3.1/H3.3 of histone H3. The aim of this thesis was to use multimodal imaging techniques to better understand the pathophysiology of DIPG, by observing the evolution of the effects of different treatments over time. 1st, we showed an increase in perfusion indices associated with decreased edema after radiotherapy. Secondly, we have described the phenomenon of pseudo-progression in MRI, an increase in tumor volume and enhancement associated with a significant increase in perfusion index. This shouldn’t be confused with true tumor progression. The ratio of increase in lesion’s blood flow after radiotherapy has high sensitivity and specificity to identify pseudo-progression. 3rd, we compared the imaging parameters with the histological data to better understand the differences between the histone mutations. The mutated tumors H3.1 have more edema, more necrosis and a lower perfusion. While mutated H3.3 tumors have a higher tumor burden. Tumor burden is positive correlated to lesion blood volume. Multimodal imaging is essential in monitoring and understanding the physiopathological mechanisms of DIPG. It should be included in the research protocols in order to advance and then one day to cure these small patients.

Les circuits neuronaux responsables du sommeil paradoxal (SP) et de l'atonie musculaire qui le caractéristique sont l'objet de nombreuses recherches expérimentales, notamment en raison de l'existence de plusieurs pathologies invalidantes associées. Cette thèse de Neurobiologie s'inscrit plus spécifiquement dans la description anatomique et fonctionnelle du réseau neuronal responsable de l'atonie musculaire et son potentiel dysfonctionnement dans les troubles comportementaux en SP (RBD, REM sleep Behavior Disorder). Pour ce faire, nous avons combiné plusieurs techniques faisant appel à la neuroanatomie fonctionnelle, au traçage rétrograde de voies nerveuses, à l'hybridation in situ à la polysomnographie et à l'inactivation irréversible de populations neuronales ciblées moléculairement à l'aide de virus adéno-associés contenant des short hairpin RNAs (AAV-shRNA) chez le rat libre de ses mouvements. Nous avons ainsi montré que, contrairement à l'hypothèse généralement admise, le noyau sublatérodorsal pontique (SLD) n'est pas le générateur du SP. En effet, l'inactivation neurochimique de ses neurones glutamatergiques ou sa lésion totale diminuent les quantités de SP sans le supprimer, indiquant que le SLD n'est pas suffisant pour la genèse du SP. En revanche, ces expériences démontrent son implication directe dans la mise en place de l'atonie musculaire lors du SP. En effet, la déconnexion neurochimique des neurones glutamatergiques du SLD provoque pendant le SP l'apparition intermittente de tonus musculaire accompagné de comportements moteurs anormaux. En parallèle, nos travaux de thèse ont permis d'apporter des données expérimentales nouvelles sur la localisation, au sein de la formation réticulée bulbaire ventrale et non dans la moelle épinière, des interneurones GABA/glycine responsables de l'hyperpolarisation des motoneurones somatiques pendant le SP. En effet, ces neurones réticulaires sont exclusivement recrutés pendant le SP et envoient des projections monosynaptiques inhibitrices vers les motoneurones somatiques lombaires. De plus, leur déconnexion neurochimique ciblée déclenche des comportements moteurs anormaux sous-tendus par le maintien d'un tonus musculaire irrégulier pendant le SP. L'analyse actimétrique de ces comportements moteurs oniriques induits expérimentalement montre qu'ils sont très semblables à ceux observés après l'inactivation du SLD et à ceux décrits chez les patients RBD. Les données rapportées dans cette thèse permettent de mieux comprendre les mécanismes neurobiologiques générant le SP et ceux contribuant au contrôle moteur pendant le SP. Par la même occasion, nos travaux ont permis de valider deux modèles rongeurs du RBD humain, ouvrant ainsi des perspectives expérimentales pour l'élaboration de traitements ciblés de cette pathologie affectant le SP / A growing number of studies investigate the neuronal network responsible for paradoxical (PS) (or REM) sleep genesis and muscle atonia specific of this sleep state. The aim of this thesis was to characterize at the anatomical and functional levels the populations of neurons involved in generating muscle atonia during PS and their potential failure in REM sleep Behavior Disorder (RBD). For this purpose, we combined a large panel of experimental techniques such as functional neuroanatomy, retrograde tract-tracing, in situ hybridization, polysomnography and irreversible inactivation of genetically-targeted neurons with short-hairpin RNAs introduced in viral adenovectors (AAV-shRNA) in freely moving rats. We thus demonstrated for the first time that, in contrast to the currently admitted hypothesis, the pontine sublaterodorsal nucleus (SLD) is not the PS generator, since genetic inactivation of its glutamatergic neurons or its whole lesion diminish the quantities of but do not eliminate PS. This indicates that the SLD is not sufficient for PS generation. In contrast, our experiments clearly show that the SLD is responsible for muscle atonia because the specific inactivation of its glutamatergic neurons induces an irregular muscle tone concomitant to atypical motor behaviors during PS. In addition, we achieved original data about the location within the ventral medullary reticular formation, and not at spinal levels as often believed, of the glycine/GABA interneurons managing the sustained hyperpolarization of somatic motoneurons during PS. We indeed observed that these medullary neurons are selectively recruited during PS and send monosynaptic inhibitory efferents to the lumbar somatic motoneurons. Furthermore, their genetic inactivation is followed by an increase of abnormal motor behaviors underpinned by a sustained, although irregular, muscle tone. The actimetric analysis of these oneiric experimentally induced behaviors reveals that they are very similar to those observed after SLD inactivation or those reported in RBD patients. Taken together, data harvested during this Thesis help us to better understand the complex neurobiological mechanisms generating PS or specifically contributing to the control of the motor system during PS. At the same time, we validated two rodent models closely mimicking human RBD and thus opening new research fields for the development of targeted treatments for this pathology affecting REM sleep

Cette thèse porte sur la perception visuelle, auditive et audiovisuelle des voyelles nasales [ɑ̃] (« lent »),[ɔ̃] (« long ») et [ɛ̃] (« lin ») par des adultes devenus sourds, implantés cochléaires et implantés dutronc cérébral. L’étude sur la perception visuelle des voyelles, auprès de 22 adultes devenus sourds,redéfinit les sosies labiaux des voyelles nasales et propose une mise à jour de la classification desvisèmes. Trois études sur l’identification auditive des voyelles nasales auprès de 82, 15 et 10 adultesimplantés cochléaires mettent en évidence leur difficulté à reconnaitre les trois voyelles nasales, qu’ilsperçoivent comme des voyelles orales. Les analyses acoustiques et perceptives suggèrent que lesadultes implantés cochléaires s’appuient sur les informations fréquentielles des deux premiers picsspectraux mais négligent les informations d’intensité relative de ces pics. D’après l’étude menéeauprès de 13 adultes implantés du tronc cérébral, des informations acoustiques linguistiques sonttransmises par l’implant du tronc cérébral mais la fusion entre les informations auditives et visuellespourrait être optimisée pour l’identification des voyelles. Enfin, une enquête auprès de 179orthophonistes pointe le besoin d’une information sur la définition phonétique articulatoire actualiséedes voyelles [ɑ̃] et [ɛ̃]. / This thesis focuses on the visual, auditory and auditory-visual perception of french nasal vowels [ɑ̃](« lent »), [ɔ̃] (« long ») and [ɛ̃] (« lin ») by Cochlear Implant (CI) and Auditory Brainstem Implant(ABI) adults users. The study on visual perception of vowels, with 22 deafened adults, redefines thelip configuration of french nasal vowels and provides an update of the classification of vocalic visualphonemes. Three studies on auditory identification of nasal vowels with 82, 15 and 10 CI usershighlight their difficulty in recognizing the three nasal vowels, which they perceive as oral vowels.Acoustic and perceptual analyzes suggest that adults with CI rely on frequency informations of thefirst two spectral peaks but miss the informations of relative intensity of these peaks. The study with13 ABI users show that some linguistic acoustic cues are transmitted by the ABI but the fusion ofauditory and visual features could be optimized for the identification of vowels. Finally, a survey of179 Speech Language and Hearing Therapists show the need of an update on the phonetic articulationof french nasal vowels [ɑ̃] and [ɛ̃].

Malgré les récents progrès dans la prise en charge des patients en réanimation, la mortalité en réanimation reste élevée: environ 30%. L’atteinte cérébrale en est un déterminant majeur. Le concept de l'implication d'un dysfonctionnement du tronc cérébral dans la survenue de la mort en réanimation est bien établi. Cependant, les signatures neurophysiologiques de cette atteinte du tronc cérébral ne sont pas encore bien caractérisées. Certains paramètres de l'électroencéphalogramme (EEG) et des potentiels évoqués (PE) pourraient permettre l'évaluation de l'état fonctionnel du tronc cérébral en réanimation. La réactivité de l'EEG aux stimulations nociceptives permet de tester le fonctionnement du tronc cérébral par la voie extra-lemniscale (spino-thalamique). Les potentiels somesthésiques (PES) et auditifs précoces (PEAP) explorent respectivement les voies lemniscale médiane et lemniscale latérale dans le tronc cérébral.Dans les travaux présentés ici, nous avons évalué les anomalies de réponses neurophysiologiques du tronc cérébral et leur impact sur le pronostic dans différentes cohortes de patients en soins intensifs. En effet, le manque de réactivité de l'EEG à la stimulation douloureuse, ainsi que l'allongement du temps de conduction subcortico-corticale (PES P14-N20_ IPL) ont été chacun indépendamment corrélé à la mort en réanimation. L'allongement du temps de conduction ponto-mésencéphalique (PEAP III-V _ IPL) a tendance à être associé à l'apparition du délire ou du réveil retardé. Nos travaux fournissent des substrats neurophysiologiques des dysfonctionnements du tronc cérébral observés chez les patients gravement malades et leur relation avec le pronostic. Des études avec d'autres marqueurs neurophysiologiques ciblant le tronc cérébral comme les enregistrements du réflexe de clignement, des PE laser et des PE respiratoires, sont nécessaires. / Despite recent progress in the management of critically ill patients, mortality in the ICU remains high (around 30%). Neurological impairment is a major determinant of mortality in ICU. It has been hypothesithed that brainstem dysfunction might play a role in mortality in the ICU. However, neurophysiological signatures of brainstem failure in ICU patients have not yet been characterized. Electroencephalogram (EEG) and sensorial evoked potentials (EP) parameters could enable the assessment of the functional status of the brainstem at the bedside in the ICU. EEG reativity to intense painful stimuli allows testing the proper functioning of the brainstem via the extra-lemniscal pathway (spino-thalamic). Somatosensory (SSEP) and brainstem auditory (BAEP) evoked potentials respectively explore the median lemniscal and the lateral lemniscal pathways within the brainstem.In the works presented here, we assessed brainstem neurophysiological responses' and their impact on prognosis in various cohorts of critically ill patients. A lack of EEG reactivity to painful stimulation as well as the lengthening of subcortico-cortical conduction time (SSEP P14-N20_ IPL) was each independantly correlated with death in the ICU. The lengthening of ponto-mesencephalic conduction time (BAEP III-V _ IPL) tended to be associated with the onset of delirium or delayed awakening. Our work provides neurophysiological substratum for the concept of the brainstem dysfunctions in critically ill patients and their relationship with prognosis. Supplemental studies with other neurophysiological markers involving the brainstem such as recordings of blink reflexes, laser EP and respiratory EP, are needed to confirm these results.

L’opossum Monodelphis domestica naît très immature et grimpe sans aide de la mère, du sinus urogénital à une mamelle où il va s’attacher pour poursuivre son développement. Des informations sensorielles sont nécessaires pour guider le nouveau-né vers la mamelle et les candidats les plus probables sont le toucher, l’équilibre et l’olfaction. Pour tester l’action des différents systèmes sur la motricité chez l’opossum nouveau-né, des régions céphaliques du trijumeau, du vestibulaire et de l’olfaction ont été stimulées électriquement sur des préparations in vitro en comparaison avec une stimulation seuil T (intensité minimale de la stimulation à la moelle épinière cervicale induisant le mouvement des membres antérieurs). Par comparaison, un mouvement similaire était induit par des stimulations à ~2T du ganglion du trijumeau, à ~20 T du complexe vestibulaire, et à ~600 T des bulbes olfactifs. L’étude de l'innervation de la peau faciale et des voies relayant les informations du trijumeau vers la moelle épinière (ME) a été approfondie en utilisant de l’immunohistochimie pour les neurofilament-200 et du traçage rétrograde avec du Texas-Red couplé à des Dextrans Aminés. De nombreuses fibres nerveuses ont été révélées dans le derme de plusieurs régions de la tête. Quelques cellules du ganglion trigéminal projettent à la ME rostrale, mais la majorité projette vers la médulla caudale où se trouvent les neurones secondaires du trijumeau ou des cellules réticulospinales. Les résultats de cette étude indiquent une influence significative des systèmes du trijumeau et du vestibulaire, mais pas de l'olfaction, sur le mouvement des membres antérieurs des opossums nouveau-nés. / The opossum Monodelphis domestica is born very immature and crawls, unaided by the mother, from the urogenital opening to a nipple where it attaches and pursues its development. Sensory information is needed to guide the newborn to a nipple and studies suggest that the vestibular, trigeminal, and olfactory systems are likely candidates. The trigeminal, vestibular and olfactory regions of the brain were electrically stimulated to test their relative effectiveness at eliciting forelimb movement in newborn opossums, using in vitro preparations of brain-spinal cord with the limbs attached. The minimal stimulation of the cervical spinal cord needed to induce forelimb movement was considered as threshold (T). Similar movement were obtained with stimulations of the trigeminal ganglion at ~2T and of the vestibular complex at ~20 T and at ~600 T for the olfactory bulb. Neurofilament-200 immunohistochemistry and retrograde tracing with Texas-Red conjugated Dextran Amines were used to study trigeminal innervation of the facial skin and pathways by which trigeminal inputs may be relayed to the spinal cord. Numerous nerve fibers were observed in the snout dermis, elsewhere in the head skin. Some trigeminal ganglion cells project to the upper spinal cord, but more project to the caudal medulla where they could contact secondary trigeminal neurons or reticular cells projecting to the spinal cord. These results support a significant influence of the trigeminal and the vestibular systems, but not of olfaction, on forelimb movement of neonatal opossums.

La compréhension des mécanismes physiologiques et physiopathologiques du contrôle la locomotion et de ses troubles, constitue un enjeu majeur de la recherche biomédicale, pour améliorer la qualité et l'espérance de vie des patients atteints de la maladie de Parkinson. A partir de données expérimentales, la stimulation cérébrale profonde de la formation réticulée mésencéphalique (FRM), incluant les noyaux pédonculopontins et cunéiformes, a été proposée en 2005 comme nouvelle stratégie thérapeutique pour traiter le freezing de la marche. Cependant, au regard de résultats cliniques très hétérogènes, de nombreuses interrogations se posent concernant les connaissances anatomiques et fonctionnelles de la FRM, marquées notamment par un nombre limité de données expérimentales chez le primate non-humain. Cette étude s'inscrit dans une approche translationnelle associant des données cliniques et pré-cliniques. Dans un premier temps, un modèle de locomotion bipède chez le primate non-humain a été développé puis validé à partir de données cinématiques. Une approche IRM multi-séquences a été développée pour permettre un suivi longitudinal du protocole et la construction d'un atlas du tronc cérébral de Macaca fascicularis. Un mapping électrophysiologique de la FRM a ensuite été réalisé chez deux primates éveillés, qui a permis de mettre en évidence pour la première fois, des activités neuronales qui répondaient à la locomotion, confirmant ainsi l'existence d'une région locomotrice mésencéphalique chez le primate. Après intoxication au MPTP, seule une modification du pattern de décharge des neurones de la FRM a été observée, ainsi que des arguments en faveur d'un dysfonctionnement de l'activité de certains neurones de la FRM durant le blocage du pas. Enfin, des enregistrements électrophysiologiques durant des phases de locomotion puis d'endormissement naturel, suggèrent une double implication de populations neuronales dans le contrôle de la locomotion et du niveau de vigilance. La réalisation d'un nouveau système de coordonnées adapté au tronc cérébral humain a permis de réaliser une étude de corrélations anatomo-cliniques des effets de la stimulation cérébrale profonde du noyau pédonculopontin et de proposer une cible probabiliste pour l'implantation d'électrodes dans la FRM pour traiter le freezing de la marche dans le contexte parkinsonien.