Localisation de l'activité cérébrale synchrone en neuroimagerie électromagnétique et connectivité fonctionnelle

Résumé

Le cerveau est l’interface physiologique permettant à un organisme de générer des comportements adaptés à son environnement. Il intègre les influx sensoriels de diverses modalités, telles la vision et l’audition, et génère une représentation de son environnement, encodée dans les neurones. Les théories actuelles postulent que cet encodage est un processus actif qui implique un échantillonnage sélectif des influx sensoriels. Le mécanisme par lequel diverses populations neuronales, portant chacune une information parcellaire sur l’environnement sensoriel, génèrent une représentation cohérente constitue la question majeure de cette thèse. Cette question est abordée ici sous le thème de la connectivité fonctionnelle, soit la mise en place de réseaux dynamiques de connectivité qui permettent le partage d’informations entre une sélection de populations neuronales distantes. La connectivité fonctionnelle vise ainsi à identifier les corrélats neurophysiologiques des fonctions cérébrales par l’étude des interactions entre les décours temporels de l’activité neuronale. Cette approche fait l’objet, à l’heure actuelle, d’un effort de recherche majeur en neurosciences. Celle-ci a pris naissance dans les travaux de Gray et al. (1989) démontrant que les interactions à l’échelle du neurone, enregistrées au moyen d’électrodes intracellulaires, marquent des processus cognitifs qui ne sont pas forcément reflétés dans leur taux de décharge. A l’échelle du cerveau, des enregistrements de l’activité hémodynamique cérébrale ont également montré que certains patrons d’interactions neuronales sont spécifiques à des fonctions particulières, d’où le terme "connectivité fonctionnelle". Cependant, l’activité hémodynamique cérébrale a une échelle temporelle 1000 fois supérieure à celle des interactions neuronales. Cette lacune limite fortement notre capacité à comprendre la dynamique temporelle de la connectivité. En revanche, l’activité électromagnétique cérébrale offre une résolution temporelle suffisamment fine pour explorer la dynamique de la connectivité fonctionnelle. Cependant, les modalités d’imagerie électromagnétique offrent une résolution spatiale limitée car elles nécessitent la résolution d’un problème inverse indéterminé. L’objectif principal du travail présenté consiste à démontrer l’utilité des méthodes d’imagerie électromagnétique pour l’étude de la connectivité fonctionnelle cérébrale. La méthodologie développée ici vise, dans un premier temps, à repousser les limites spatiales de l’imagerie électromagnétique par deux approches complémentaires : un filtrage adaptatif du signal qui met en évidence l’activité neuronale synchrone et l’adaptation de la méthode de résolution du problème inverse aux signaux filtrés. Le filtrage proposé exploite la représentation temps-fréquences, au moyen d’ondelettes analytiques, des signaux cérébraux. Ces représentations sont utilisées pour extraire les modes oscillatoires dominants par la méthode des "ridges". Ces modes, exprimés sous la forme de signaux analytiques complexes, sont caractéristiques des réseaux neuronaux qui sous-tendent la connectivité fonctionnelle. Dans un second temps, la méthodologie développée vise à reconstituer les réseaux neuronaux synchrones à partir des signaux analytiques obtenus, et ce au moyen de l’imagerie électromagnétique. Ces derniers ont la propriété d’exprimer la phase instantanée de l’activité des neurones, ce qui permet de décrire leur interaction sous la forme de synchronies de phase. Cette approche est appliquée à l’étude des réseaux neuronaux qui sous-tendent les fuseaux du sommeil.

Date	2 juil. 2014
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Jean-Marc Lina (Directeur(-trice)) & Boutheina Jemel (Codirecteur(-trice))