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Master Thesis

Étude des liens entre connectivité structurale et fonctionnelle chez les patients atteints de sclérose en plaques : apport du « cerveau virtuel »

Résumé : Introduction : la sclérose en plaques (SEP) est une maladie fréquente responsable d’une démyélinisation diffuse et hétérogène du système nerveux central. Elle touche l’adulte jeune et entraine un handicap moteur et cognitif présent dès le stade initial de la maladie. A ce stade il existe déjà une perte structurale multifocale mais les études en IRM fonctionnelle (IRMf) de repos retrouvent paradoxalement une hyper connectivité fonctionnelle (CF). Ce paradoxe a été interprété comme un mécanisme fonctionnel compensatoire de l’atteinte structurale au début de la maladie. « The Virtual Brain » (TVB) est un nouvel outil computationnel qui permet de modéliser les dynamiques cérébrales globales individuelles à partir des données structurales issues de l’IRM cérébrale et de modèles biophysiques locaux. Ces outils ont permis d’améliorer nos connaissances sur les principes de fonctionnement des réseaux cérébraux et de mieux comprendre le lien qui relie la structure et la fonction cérébrale. Nous avons utilisé le TVB pour simuler l’activité cérébrale de repos de patients atteints de SEP au stade initial, en modélisant un paramètre biophysique local associé aux dynamiques cérébrales. L’objectif de notre étude était d’évaluer si le TVB était capable de reproduire la réorganisation fonctionnelle précoce observée dans la SEP en analysant les modifications du paramètre biophysique local nécessaires pour simuler au mieux la CF des patients et en comparant les mesures des paramètres de graphes issues des données empiriques et simulées. Le TVB pourrait ainsi nous aider à mieux comprendre les mécanismes fondamentaux à l’origine des modifications du lien entre la structure et la fonction dans la SEP. Méthodes : 18 patients et 18 témoins ont bénéficié d’un protocole d’IRM 3T. La parcellisation du cortex cérébral issue de l’IRM T1 et le connectome structural issu de l’IRM de diffusion et de la tractographie ont été intégrés au TVB afin de simuler la connectivité fonctionnelle de repos pour chaque individu. Le modèle Kuramoto a été utilisé pour simuler les dynamiques cérébrales locales à l’échelle mésoscopique en faisant varier la valeur de la force de couplage (paramètre biophysique local). Les matrices de CF empiriques et simulées étaient comparées afin d’optimiser la valeur de la force de couplage pour chaque individu. L’index de connectivité, la centralité, l’efficience globale, l’efficience locale des réseaux de repos ainsi que l’index de perturbation des hubs pour chacun de ces paramètres étaient mesurés dans les matrices de CF empiriques et simulées. La force de couplage optimale et les mesures de graphes étaient ensuite corrélées au degré de handicap fonctionnel et à la sévérité de l’atteinte structurale des patients. Résultats : le TVB était capable de simuler la connectivité fonctionnelle des patients SEP mais au moyen d’une baisse significative de la force de couplage qui était corrélée à la charge lésionnelle T2. Le TVB pouvait simuler l’index de connectivité chez les patients et les témoins mais pour les deux groupes il sous estimait les paramètres de centralité et d’efficience globale alors qu’il surestimait la valeur d’efficience locale en comparaison à l’IRMf. Les index de perturbation des Hubs des matrices empiriques étaient tous négatifs et le TVB n’était capable de reproduire que la perturbation de la centralité des Hubs. Conclusion : le TVB semble donc capable d’intégrer les altérations structurales diffuses des patients atteints de sclérose en plaques. Les résultats de la simulation du TVB semblent soutenir l’hypothèse considérant que la hausse de connectivité fonctionnelle observée au début de la maladie serait un comportement adaptatif bénéfique limité dans le temps afin de préserver le fonctionnement cérébral en dépit de l’atteinte structurale étendue et de retarder au maximum le handicap.
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https://dumas.ccsd.cnrs.fr/dumas-01829709
Contributor : Faculté de Médecine Amu <>
Submitted on : Wednesday, July 4, 2018 - 11:45:15 AM
Last modification on : Monday, July 6, 2020 - 4:46:26 PM
Long-term archiving on: : Monday, October 1, 2018 - 1:45:35 PM

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Thèse Manon Philibert.pdf
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  • HAL Id : dumas-01829709, version 1

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Citation

Manon Philibert. Étude des liens entre connectivité structurale et fonctionnelle chez les patients atteints de sclérose en plaques : apport du « cerveau virtuel ». Sciences du Vivant [q-bio]. 2017. ⟨dumas-01829709⟩

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