In research and in clinics, pathologic states of the brain have been widely characterized, and new treatment strategies evolve on a daily basis. Conversely, therapy of one of the most severe brain conditions, known as glioblastoma, is in many cases without success. Within the therapeutic range, radiotherapy represents the most efficient method. However, as normal tissue cells are equally affected by radiation effects as cancerous cells, the prescribed dose remains greatly limited by radiotoxic adverse reactions. Thus, a continuous demand of improved irradiation techniques challenges researchers and clinicians to date. A novel form of radiotherapy is being developed, termed Microbeam Radiation Therapy (MRT). In MRT, X-rays are generated by a synchrotron light source and are collimated into an array of parallel microbeams that are a few tens of microns wide and separated by a few hundred microns. This irradiation geometry allows very high dose deposition in the microbeam paths (peak dose) while tissue slices located in-between these paths receive only 5-10% of the peak dose (valley dose). The major benefit of this new modality lies within the preferential effects on tumor than on normal tissues. Tumor vessel responses differ drastically from those observed in mature blood vessels, thus preserving normal tissues while successfully ablating cancerous cells. In this thesis, the effects of MRT on normal brain tissue were further investigated. First, normal rats were exposed to whole-brain MRT (valley doses from 5 to 25 Gy). Second, MRT was delivered through multiple ports (up to 5), focalized in the right caudate nucleus (10 Gy valley dose). These animals were subject to behavioral tests, magnetic resonance imaging (MRI) and histologic analysis until one year post exposure. Results were compared to untreated rats and animals exposed to hospital- or synchrotron-generated broad beam (BB) irradiation. In addition, the multiport MRT geometry was tested on 9L gliosarcoma-bearing rats. The results demonstrated that long-term normal brain tissue effects of MRT at valley doses higher than 10 Gy were not negligible. Chronic vascular effects started off this dose, whereas tissue necrosis was only observed after 25 Gy exposure. MRT-induced behavioral changes were seen in increased locomotion and exploratory drive. However, veterinary observations did not raise concern in rats irradiated with ≤ 17 Gy MRT valley dose or in rats exposed to the multiport configuration. Remarkably, the successive addition of MRT incidences to the standard protocol for 9L tumor treatment increased significantly and exponentially animal survival and tumor control. Indeed, multiport MRT increases biological equivalent doses by a factor of ~2.5, a result never achieved by any other radiotherapeutical approach. The exceptional normal tissue sparing and the outstanding therapeutic index make multiport MRT a promising innovative method that is primed for clinical translation., En recherche et en clinique, les états pathologiques du cerveau ont été caractérisés, et de nouvelles stratégies de traitement évoluent au quotidien. Néanmoins, le traitement de l'une des maladies les plus graves, le glioblastome, est dans de nombreux cas sans succès. Dans ce domaine, la radiothérapie représente la méthode la plus efficace. Cependant, comme les cellules saines sont également affectées par les effets des rayonnements que les cellules cancéreuses, la dose prescrite reste fortement limitée par les effets indésirables radiotoxiques. Ainsi, une demande continue d’amélioration de techniques d'irradiation défie les chercheurs et les cliniciens à ce jour. Une nouvelle forme de radiothérapie est en cours de développement, la Microbeam Radiation Therapy (MRT). En MRT, les rayons X, générés par une source de lumière synchrotron, sont collimatés en microfaisceaux de quelques dizaines de microns de large et séparés de quelques centaines de microns. Cette géométrie d'irradiation permet un dépôt de dose très élevée dans les trajets des microfaisceaux (dose pic) tandis que les tranches de tissu situées entre eux ne reçoivent que 5 à 10% de la dose pic (dose vallée). Le principal avantage de cette nouvelle modalité réside dans les effets préférentiels sur la tumeur par rapport aux tissus sains. Les réponses des vaisseaux tumoraux diffèrent considérablement de celles observées dans les vaisseaux sanguins matures, préservant ainsi les tissus sains tout en permettant l'ablation des cellules cancéreuses. Dans cette thèse, les effets de la MRT sur le tissu cérébral sain ont été étudiés plus en détail. Premièrement, le cerveau entier de rats sains a été exposé à la MRT (doses vallées de 5 à 25 Gy). Deuxièmement, la MRT a été administrée selon plusieurs ports (jusqu'à 5), focalisées dans le noyau caudé droit (dose vallée de 10 Gy). Ces animaux ont été soumis à des tests comportementaux, à une imagerie par résonance magnétique (IRM) et à une analyse histologique jusqu'à un an après l'exposition. Ces résultats ont été comparés à des animaux non traités ou exposés à une irradiation par faisceau plein (Broad Beam, BB), généré à l'hôpital ou au synchrotron. Par ailleurs, l’efficacité thérapeutique de la MRT avec la géométrie à 5ports a été évaluée sur des rats porteurs de gliosarcome 9L. Les résultats ont démontré que les effets à long terme de la MRT sur les tissus cérébraux sains à des doses vallées supérieures à 10 Gy n'étaient pas négligeables. Des effets vasculaires chroniques ont débuté à cette dose, alors qu'une nécrose tissulaire n'a été observée qu'après une exposition de 25 Gy. Des changements de comportement ont été observés par une augmentation de la locomotion et de l'exploration. Cependant, les observations vétérinaires n'ont pas soulevé de préoccupation chez les rats irradiés avec une dose vallée de ≤ 17 Gy ou chez les rats exposés à la configuration multiport. Remarquablement, l'ajout successif d'incidences MRT au protocole standard pour le traitement des tumeurs 9L a augmenté de manière significative et exponentielle la survie des animaux et le contrôle tumoral. En effet, la MRT multiport augmente les doses d’équivalences biologiques d’un facteur d'environ 2.5, un résultat jamais atteint par aucune autre approche radiothérapeutique. La préservation des tissus sains et l'index thérapeutique exceptionnel font de la MRT multiport une méthode innovante et prometteuse qui est prête pour un transfert vers la clinique.