Search

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Taste is one of the fundamental senses by which animals can detect food sources (sugars, salts, lipids, amino acids) but also noxious compounds dissolved in aqueous solution or adsorbed on surfaces (leaf, cuticle). Unlike olfaction, where only cephalic organs are involved in the detection of volatile compounds, in insects, gustatory sensilla are located on different parts of the insect body (mouthparts, legs, wings, ovipositor) which results in the precise spatial location of the stimuli which excite them. These sensilla are involved in different behaviours and might therefore be tuned to different types of contact chemosensory stimuli. These functional constraints imply a different organisation of the nervous centres processing the information received from gustatory receptor neurons. Whereas projections from olfactory receptor neurons are clearly chemotopic, comparatively little is known on how gustatory neurons project to the central nervous system and how signals are encoded and processed by central neurons. In different insect species, including Lepidoptera, responses of gustatory receptor neurons situated on the tarsae and the abdomen have been described. However, physiological characteristics of antennal gustatory sensilla and the behavioural context in which they are used are only starting to be investigated. The objectives of this thesis were to study the gustatory neurons of contact chemosensory sensilla present on the antennae of adult Spodoptera littoralis using two different approaches: an electrophysiological approach of testing soluble chemicals and recording the firing pattern of these neurons; and a neuroanatomical approach of staining their pathways and target regions in the brain. Our electrophysiological observations show that taste sensilla possess neurons that respond to sugars like sucrose, fructose and glucose and to NaCl. We could not identify a gustatory receptor neuron responding to bitter compounds or amino acids, but the range of tested substances was limited and nothing is known on the behavioural significance of such compounds. We were able to test the sensitivity along the antenna of the sensilla located on the lateral side of the antenna but no differences were noticed. However, sensilla in males and females differed in sensitivity. In females, the intensity of responses was found to be weaker for the sensilla on the dorsal side of the antennae than for those on the ventral side. Antennation is a behaviour frequently described before mating or egg laying. The precise role of contact chemoreceptors in this kind of behaviours is however, unknown. For a conclusive interpretation of our data on the neuronal coding and central representation of taste information from the antennae, the involvement of antennal gustatory receptors in mating behaviour, host-plant detection and oviposition and their possible interactions with olfactory receptor neurons remains to be investigated. A scanning electron microscopic study showed no sexual dimorphism in the distribution of taste sensilla on the antennae. Mass fills of antennal afferents and backfills of individual contact chemoreceptive sensilla using Neurobiotin revealed 4 distinct projection areas of antennal gustatory sensilla. Two areas are within the deutocerebrum: the antennal motor and mechanosensory centre (AMMC) and a region situated posteriorly to the antennal lobes. The two other areas are in the tritocerebrum/suboesophageal ganglion complex. As our electrophysiological investigations showed that different neurons in the same sensillum respond to different stimuli, including mechanical stimuli for one of the neurons, it can be hypothesized that the projection areas are functionally distinct. No evidence for somatotopy of sensillar afferents originating from different parts of the antenna was found, with the methods used. A more detailed analysis of branching patterns within each target zone might reveal some form of somatotopy, however., La gustation est un sens essentiel à tous les animaux, leur permettant de détecter aussi bien des substances à valeur alimentaire (sucres, sels, lipides, acides aminés) que des substances potentiellement toxiques dissoutes en solution aqueuse ou adsorbées sur des surfaces (feuille, cuticule). Contrairement à l'olfaction qui détecte des substances volatiles diffusées dans l'air ambiant, la gustation est étroitement liée à une localisation spatiale des stimuli, impliquant un positionnement très précis de l'organe sensitif. Ces contraintes fonctionnelles impliquent une structuration complètement différente des centres nerveux traitant les informations issues de ces récepteurs chimiques. Dans le cas de l'olfaction, les projections des récepteurs olfactifs sont clairement chimiotopiques, les afférences olfactives se regroupant sur des zones de convergence en fonction des récepteurs membranaires exprimés dans les neurones olfactifs. Dans le cas de la gustation, les projections des récepteurs gustatifs seraient étroitement associées aux projections des mécanorécepteurs, selon une organisation somatotopique. Par rapport au système olfactif, les connaissances sur le fonctionnement du système nerveux gustatif chez les insectes sont restées en retrait, essentiellement à cause des difficultés inhérentes à la caractérisation des projections et à la difficulté de déterminer si à la somatotopie se superpose une chimiotopie. Nous avons étudie le système gustatif associé aux antennes de lépidoptères, en prenant pour modèle la noctuelle du coton Spodoptera littoralis. Les récepteurs gustatifs des antennes sont impliqués dans différents comportements, comme l'ont montré notamment des protocoles d'apprentissage associatif. Cet organe est remarquable chez les lépidoptères car il est dépourvu de muscles (à l'exception de la base) et caractérisé par la duplication de segments homologues (les segments antennaires) portant une distribution d'organes olfactifs et gustatifs identique de segment à segment, avec néanmoins des différences progressives en allant de la base vers l'extrémité. Nous avons abordé d'abord l'aspect fonctionnel des neurones en caractérisant par des techniques électrophysiologiques le spectre de réponse de ces neurones gustatifs à l'aide de stimuli simples (sucres, sels, acides aminés, composés amers). Dans une deuxième phase du travail, la structuration du système antennaire a été abordée par des marquages cellulaires à la neurobiotine de sensilles gustatives individuelles. Ce travail a été précédé par une cartographie précise de la localisation des sensilles gustatives à la surface de l'antenne, par microscopie électronique à balayage. La caractérisation des projections a nécessité l'utilisation d'outils de reconstruction 3D de manière à pouvoir estimer la constance des projections issues de récepteurs homologues entre différents insectes et à estimer la distribution spatiale des projections issues de neurones différents chez le même insecte. L'antenne de l'espèce S. littoralis est constituée de 3 parties : le scape, le pédicelle et le flagelle. Seul le flagelle, qui est constitué d'environ 70 segments, porte des sensilles gustatives. Chaque segment a une partie ventrale et une partie dorsale. Au niveau de la partie ventrale on trouve 4 sensilles gustatives: 2 latérales et 2 médiales. Les premiers segments situés à la base de l'antenne sont dépourvus de sensilles médiales. On commence à les observer à partir des 6ème-7ème segments à la base de l'antenne. Au niveau du dernier segment situé à l'extrémité, on observe une couronne de sensilles gustatives (6 ou 7). La partie dorsale de l'antenne est couverte d'écailles, mais on peut observer 2 sensilles gustatives médiales au niveau de chaque segment sauf pour les segments situés à la base de l'antenne. Chaque sensille contient 4 neurones gustatifs et un mécanorécepteur. Les males et les femelles présentent des neurones gustatifs qui sont stimulés par les sucres et le sel. Il n'y a pas de différences de sensibilité au long de l'antenne. Chez les femelles, les sensilles gustatives présentes sur la partie dorsale de l'antenne répondent de façon plus faible aux stimuli que celles présentes sur la partie ventrale. Les réponses sont généralement plus faibles chez les mâles que chez les femelles. Les marquages neuronaux nous ont permis d'identifier 4 zones de projection. Deux zones sont dans le deutocérébron: le centre moteur et mécanosensoriel de l'antenne (CMMA) et une zone située postérieurement par rapport aux lobes antennaires. Les deux autres zones sont dans le complexe tritocérébron/ganglion sous-oesophagien. La zone de projection deutocérébrale postérieure aux lobes antennaires n'a jamais été décrite auparavant. Etant donné qu'une sensille gustative contient plusieurs neurones, dont un mécanorécepteur, et que chacun de ces neurones répond à des substances différentes, on présume que les zones de projection décrites présentent des différences fonctionnelles. Les méthodes d'analyse utilisées ne nous ont pas permis de déceler de projections somatotopiques des neurones provenant des sensilles gustatives situées a des endroits différents sur l'antenne. Cependant, on ne peut pas exclure qu'une analyse plus fine de ces projections pourrait révéler une forme de somatotopie. L'antennation est un comportement fréquent avant l'accouplement ou la ponte ; le rôle des récepteurs gustatifs dans ce type de comportement reste cependant mal connu. Pour une meilleure interprétation de nos résultats sur le codage neuronal et les projections au niveau du système nerveux central des sensilles gustatives situées au niveau des antennes, il faudra étudier plus précisément le rôle des antennes dans l'accouplement, la détection de la plante hôte et la ponte.

Taste is one of the fundamental senses by which animals can detect food sources (sugars, salts, lipids, amino acids) but also noxious compounds dissolved in aqueous solution or adsorbed on surfaces (leaf, cuticle). Unlike olfaction, where only cephalic organs are involved in the detection of volatile compounds, in insects, gustatory sensilla are located on different parts of the insect body (mouthparts, legs, wings, ovipositor) which results in the precise spatial location of the stimuli which excite them. These sensilla are involved in different behaviours and might therefore be tuned to different types of contact chemosensory stimuli. These functional constraints imply a different organisation of the nervous centres processing the information received from gustatory receptor neurons. Whereas projections from olfactory receptor neurons are clearly chemotopic, comparatively little is known on how gustatory neurons project to the central nervous system and how signals are encoded and processed by central neurons. In different insect species, including Lepidoptera, responses of gustatory receptor neurons situated on the tarsae and the abdomen have been described. However, physiological characteristics of antennal gustatory sensilla and the behavioural context in which they are used are only starting to be investigated. The objectives of this thesis were to study the gustatory neurons of contact chemosensory sensilla present on the antennae of adult Spodoptera littoralis using two different approaches: an electrophysiological approach of testing soluble chemicals and recording the firing pattern of these neurons; and a neuroanatomical approach of staining their pathways and target regions in the brain. Our electrophysiological observations show that taste sensilla possess neurons that respond to sugars like sucrose, fructose and glucose and to NaCl. We could not identify a gustatory receptor neuron responding to bitter compounds or amino acids, but the range of tested substances was limited and nothing is known on the behavioural significance of such compounds. We were able to test the sensitivity along the antenna of the sensilla located on the lateral side of the antenna but no differences were noticed. However, sensilla in males and females differed in sensitivity. In females, the intensity of responses was found to be weaker for the sensilla on the dorsal side of the antennae than for those on the ventral side. Antennation is a behaviour frequently described before mating or egg laying. The precise role of contact chemoreceptors in this kind of behaviours is however, unknown. For a conclusive interpretation of our data on the neuronal coding and central representation of taste information from the antennae, the involvement of antennal gustatory receptors in mating behaviour, host-plant detection and oviposition and their possible interactions with olfactory receptor neurons remains to be investigated. A scanning electron microscopic study showed no sexual dimorphism in the distribution of taste sensilla on the antennae. Mass fills of antennal afferents and backfills of individual contact chemoreceptive sensilla using Neurobiotin revealed 4 distinct projection areas of antennal gustatory sensilla. Two areas are within the deutocerebrum: the antennal motor and mechanosensory centre (AMMC) and a region situated posteriorly to the antennal lobes. The two other areas are in the tritocerebrum/suboesophageal ganglion complex. As our electrophysiological investigations showed that different neurons in the same sensillum respond to different stimuli, including mechanical stimuli for one of the neurons, it can be hypothesized that the projection areas are functionally distinct. No evidence for somatotopy of sensillar afferents originating from different parts of the antenna was found, with the methods used. A more detailed analysis of branching patterns within each target zone might reveal some form of somatotopy, however., La gustation est un sens essentiel à tous les animaux, leur permettant de détecter aussi bien des substances à valeur alimentaire (sucres, sels, lipides, acides aminés) que des substances potentiellement toxiques dissoutes en solution aqueuse ou adsorbées sur des surfaces (feuille, cuticule). Contrairement à l'olfaction qui détecte des substances volatiles diffusées dans l'air ambiant, la gustation est étroitement liée à une localisation spatiale des stimuli, impliquant un positionnement très précis de l'organe sensitif. Ces contraintes fonctionnelles impliquent une structuration complètement différente des centres nerveux traitant les informations issues de ces récepteurs chimiques. Dans le cas de l'olfaction, les projections des récepteurs olfactifs sont clairement chimiotopiques, les afférences olfactives se regroupant sur des zones de convergence en fonction des récepteurs membranaires exprimés dans les neurones olfactifs. Dans le cas de la gustation, les projections des récepteurs gustatifs seraient étroitement associées aux projections des mécanorécepteurs, selon une organisation somatotopique. Par rapport au système olfactif, les connaissances sur le fonctionnement du système nerveux gustatif chez les insectes sont restées en retrait, essentiellement à cause des difficultés inhérentes à la caractérisation des projections et à la difficulté de déterminer si à la somatotopie se superpose une chimiotopie. Nous avons étudie le système gustatif associé aux antennes de lépidoptères, en prenant pour modèle la noctuelle du coton Spodoptera littoralis. Les récepteurs gustatifs des antennes sont impliqués dans différents comportements, comme l'ont montré notamment des protocoles d'apprentissage associatif. Cet organe est remarquable chez les lépidoptères car il est dépourvu de muscles (à l'exception de la base) et caractérisé par la duplication de segments homologues (les segments antennaires) portant une distribution d'organes olfactifs et gustatifs identique de segment à segment, avec néanmoins des différences progressives en allant de la base vers l'extrémité. Nous avons abordé d'abord l'aspect fonctionnel des neurones en caractérisant par des techniques électrophysiologiques le spectre de réponse de ces neurones gustatifs à l'aide de stimuli simples (sucres, sels, acides aminés, composés amers). Dans une deuxième phase du travail, la structuration du système antennaire a été abordée par des marquages cellulaires à la neurobiotine de sensilles gustatives individuelles. Ce travail a été précédé par une cartographie précise de la localisation des sensilles gustatives à la surface de l'antenne, par microscopie électronique à balayage. La caractérisation des projections a nécessité l'utilisation d'outils de reconstruction 3D de manière à pouvoir estimer la constance des projections issues de récepteurs homologues entre différents insectes et à estimer la distribution spatiale des projections issues de neurones différents chez le même insecte. L'antenne de l'espèce S. littoralis est constituée de 3 parties : le scape, le pédicelle et le flagelle. Seul le flagelle, qui est constitué d'environ 70 segments, porte des sensilles gustatives. Chaque segment a une partie ventrale et une partie dorsale. Au niveau de la partie ventrale on trouve 4 sensilles gustatives: 2 latérales et 2 médiales. Les premiers segments situés à la base de l'antenne sont dépourvus de sensilles médiales. On commence à les observer à partir des 6ème-7ème segments à la base de l'antenne. Au niveau du dernier segment situé à l'extrémité, on observe une couronne de sensilles gustatives (6 ou 7). La partie dorsale de l'antenne est couverte d'écailles, mais on peut observer 2 sensilles gustatives médiales au niveau de chaque segment sauf pour les segments situés à la base de l'antenne. Chaque sensille contient 4 neurones gustatifs et un mécanorécepteur. Les males et les femelles présentent des neurones gustatifs qui sont stimulés par les sucres et le sel. Il n'y a pas de différences de sensibilité au long de l'antenne. Chez les femelles, les sensilles gustatives présentes sur la partie dorsale de l'antenne répondent de façon plus faible aux stimuli que celles présentes sur la partie ventrale. Les réponses sont généralement plus faibles chez les mâles que chez les femelles. Les marquages neuronaux nous ont permis d'identifier 4 zones de projection. Deux zones sont dans le deutocérébron: le centre moteur et mécanosensoriel de l'antenne (CMMA) et une zone située postérieurement par rapport aux lobes antennaires. Les deux autres zones sont dans le complexe tritocérébron/ganglion sous-oesophagien. La zone de projection deutocérébrale postérieure aux lobes antennaires n'a jamais été décrite auparavant. Etant donné qu'une sensille gustative contient plusieurs neurones, dont un mécanorécepteur, et que chacun de ces neurones répond à des substances différentes, on présume que les zones de projection décrites présentent des différences fonctionnelles. Les méthodes d'analyse utilisées ne nous ont pas permis de déceler de projections somatotopiques des neurones provenant des sensilles gustatives situées a des endroits différents sur l'antenne. Cependant, on ne peut pas exclure qu'une analyse plus fine de ces projections pourrait révéler une forme de somatotopie. L'antennation est un comportement fréquent avant l'accouplement ou la ponte ; le rôle des récepteurs gustatifs dans ce type de comportement reste cependant mal connu. Pour une meilleure interprétation de nos résultats sur le codage neuronal et les projections au niveau du système nerveux central des sensilles gustatives situées au niveau des antennes, il faudra étudier plus précisément le rôle des antennes dans l'accouplement, la détection de la plante hôte et la ponte.

Auditory perception is especially based on the separation of simultaneously active sound sources (auditory scene analysis) and the encoding of spatial and spectral attributes.We have characterized the neurophysiological mechanisms underlying these processes by investigating the cortical electrophysiological responses to long-lasting auditory streams, in various acoustical and attentional contexts. The results suggest a differential encoding of spatial and spectral features in the auditory cortex. The perception of two concurrent auditory streams would depend on frequency selectivity and habituation mechanisms. Auditory attention could facilitate sound selection in an acoustic mixture by enhancing cortical responses to relevant information and reducing responses to distracting sounds. A fronto-parietal network could be involved in the control of these mechanisms.; La perception auditive repose notamment sur la séparation des sources sonores simultanément actives (l'analyse de la scène auditive) et l'extraction d'attributs fréquentiels et spatiaux.Nous avons précisé les mécanismes neurophysiologiques impliqués dans ces processus en explorant les réponses électrophysiologiques corticales à des flux sonores de longue durée, dans différents contextes acoustiques et attentionnels, à partir d'enregistrements EEG de surface ou intracérébraux chez l'Homme. Les résultats suggèrent un encodage différentiel des attributs fréquentiels et spatiaux dans le cortex auditif. La perception de deux flux sonores simultanés reposerait en partie sur des mécanismes de sélectivité fréquentielle et d'habituation. L'attention auditive faciliterait la sélection d'un son dans un mélange acoustique en augmentant les réponses corticales aux informations pertinentes et en diminuant celles aux sons distracteurs; ces mécanismes étant contrôlés par un réseau fronto-pariétal.

Auditory perception is especially based on the separation of simultaneously active sound sources (auditory scene analysis) and the encoding of spatial and spectral attributes.We have characterized the neurophysiological mechanisms underlying these processes by investigating the cortical electrophysiological responses to long-lasting auditory streams, in various acoustical and attentional contexts. The results suggest a differential encoding of spatial and spectral features in the auditory cortex. The perception of two concurrent auditory streams would depend on frequency selectivity and habituation mechanisms. Auditory attention could facilitate sound selection in an acoustic mixture by enhancing cortical responses to relevant information and reducing responses to distracting sounds. A fronto-parietal network could be involved in the control of these mechanisms., La perception auditive repose notamment sur la séparation des sources sonores simultanément actives (l'analyse de la scène auditive) et l'extraction d'attributs fréquentiels et spatiaux.Nous avons précisé les mécanismes neurophysiologiques impliqués dans ces processus en explorant les réponses électrophysiologiques corticales à des flux sonores de longue durée, dans différents contextes acoustiques et attentionnels, à partir d'enregistrements EEG de surface ou intracérébraux chez l'Homme. Les résultats suggèrent un encodage différentiel des attributs fréquentiels et spatiaux dans le cortex auditif. La perception de deux flux sonores simultanés reposerait en partie sur des mécanismes de sélectivité fréquentielle et d'habituation. L'attention auditive faciliterait la sélection d'un son dans un mélange acoustique en augmentant les réponses corticales aux informations pertinentes et en diminuant celles aux sons distracteurs; ces mécanismes étant contrôlés par un réseau fronto-pariétal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Olfaction, the detection of odorous chemicals in the environment, is one of the oldest mammalian sensory systems and involves large number (up to 1000) of distinct G protein coupled olfactory receptors (OR). The chemical interaction of volatile molecules with specific ORs marks the primary step in odor perception and is of critical importance for elucidating the molecular basis of detecting and discriminating thousands of odorous chemicals. Despite the fact that a number of putative ORs have been cloned, only limited progress has been made in assigning odorant molecules to specific receptors. Furthermore, the analysis of OR–ligand interactions at a cellular level is complicated by combinatorial recognition principles and thus requires large scale odorant and receptor screening to establish receptor-specific ligand profiles. Described herein are efforts towards the development of reliable and efficient assays for detecting and quantifying the responses of heterologously expressed ORs to odorants. Three strategies were employed for the optical or electrophysiological detection of ORs responses with functional assays in HEK293 cells. In two approaches, OR activation was monitored via the endogenous cAMP pathway, which was coupled either to the cAMP response element-mediated expression of different reporter genes, or to a cyclic nucleotide gated ion channel. In a third approach, OR activation was measured using Ca2+ imaging in the presence of a promiscuous Gαq protein. ORs of different species were then functionally analyzed using the different assays. A library of 250 odorant compounds representative of the chemical functional groups relevant in perfumery was screened; 16 novel specific ligands for the mouse eugenol odorant receptor (EGOR) were identified. Ten of these compounds are structurally unrelated to previously identified ligands and thus provide an extended molecular basis for describing the ligand-specificity and selectivity of EGOR in new detail. Interestingly, some ORs exhibited odorant responses in the cAMP-based assays, but not in Ca2+ imaging assays and vice-versa, which indicates a possible preferential OR coupling to specific G proteins. Such preferential coupling might be dependent on the cell type or influenced by specific odorant molecules and could potentially increase the complexity in odorantmediated signaling. A second part of this thesis describes investigations into other potential activities of odorants apart from their role in olfaction. An odorant compound library was screened to determine possible xenoestrogenic activity on human ERα expressed in cultured mammalian cells. An image-based assay to observe the nuclear redistribution processes of a functional YFP-ERα fluorescent chimera allowed the identification of seven odorant molecules that interact with the receptor. As the optical detection of YFP-ERα redistribution processes did not distinguish between agonistic and antagonistic effects, we tested the active substances in a reporter assay using luciferase under transcription control of two estrogen response elements (ERE). Two active odorants identified in the screening exhibited agonist activity as indicated by a dose-dependent activation of ERα mediated transcription of the luciferase reporter gene.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Thèse diffusée initialement dans le cadre d'un projet pilote des Presses de l'Université de Montréal/Centre d'édition numérique UdeM (1997-2008) avec l'autorisation de l'auteur.

Neuronal voltage-gated calcium channels (VGCCs) represent a major pathway of calcium entry into neuronal cells, where they play a crucial role in the molecular processes of synaptic transmission. With this fact, their activity is finely regulated to guarantee a perfect coordination between calcium influx and associated cellular processes. Hence, G-protein coupled receptors play a critical role in negative feedback to modulate VGCCs activity in response to the neuromediators release. This regulation, direct and spatially delimited, is driven by the binding of the Gβγ dimmer on different structural elements of the Cav2.x subunit, and drastically inhibits calcium currents ("ON" regulation), independently of the presence of the β subunit. The unbinding of the Gβγ dimmer following channel activation, reverse this inhibition, and induce a set of apparent phenotypic modifications of channel activity ("OFF" regulation). We put in evidence that the concept of "reluctance", described by a depolarised shift in the voltage-dependence of channel activation, historically associated with the "ON" regulation, is in fact a particular characteristic of the "OFF" regulation. On the other hand, the binding of the Gβγ dimmer directly onto the Cav2.x subunit, induces a slowing of channel inactivation kinetics, which appears as a novel characteristic of the "ON" regulation. Finally, we have characterised the major implication of fast channel inactivation in the "OFF" regulation. Channel inactivation acts as a synergistic factor to channel activation for the Gβγ removal from the channel, but defined a temporal window in the course of which the process can take place. Taken together, these results provide a better understanding in the molecular mechanisms of the regulation of synaptic activity by G-protein coupled receptors., Les canaux calciques neuronaux activés par le potentiel électrique de membrane (VGCCs) représentent une des voies majeures d'entrée du calcium dans la cellule nerveuse, où ils participent activement aux processus moléculaires de la transmission synaptique. De ce fait, leur activité est finement régulée, afin de garantir une parfaite coordination entre le flux calcique et les processus cellulaires qui lui sont associés. Aussi, les récepteurs couplés aux protéines G hétérotrimériques (RCPGs) occupent un rôle central dans le rétrocontrôle négatif de l'activité des VGCCs suite à la libération de neuromédiateurs. Cette régulation, directe et spatialement délimitée, est conduite par le dimère Gβγ, dont la fixation sur différents déterminants structuraux de la sous-unité Cav2.x conduit à l'inhibition drastique du courant calcique (régulation "ON"), indépendamment de la présence d'une sous-unité β. Le décrochage du dimère Gβγ, en réponse à l'activation du canal, reverse cette inhibition, et induit un ensemble de modifications phénotypiques apparentes de l'activité du canal (régulation "OFF"). Aussi, nous avons mis en évidence que la notion de "reluctance", décrite par le shift dépolarisant de la courbe d'activation du canal, communément accepté comme un caractère de la régulation "ON", ne traduit en définitive qu'une caractéristique particulière de la régulation "OFF". En revanche, la fixation du dimère Gβγ sur la sous-unité Cav2.x, est à l'origine d'un ralentissement de la cinétique d'inactivation du canal, et représente un caractère nouveau de la régulation "ON". Enfin, nous avons caractérisé l'implication majeure de l'inactivation rapide du canal, dans le caractère "OFF" de cette régulation. L'inactivation se présente comme un catalyseur du décrochage du dimère Gβγ, et délimite une fenêtre temporelle durant laquelle le processus peut avoir lieu. Ensemble, ces résultats permettent une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires à la base de la régulation directe de l'activité synaptique par les récepteurs couplés aux protéines G hétérotrimériques.

Wind-up is a frequency-dependent increase of neuronal response during electrical repetitive noxious stimulation of receptive field. This phenomenon is generally expressed in spinal and trigeminal WDR neurons. It partially depends on the activation of NMDA and NK1 receptors. In human, wind-up is related with the temporal summation and has consequences on the perception of pain. Its functional significance is not yet clearly established. In sensory trigeminal complex of anaesthetized rat, we aim at: 1) analysing the characteristics and function of the wind-up of trigeminal WDR neurons. 2) identifying the neural networks underlying the wind -up and 3) establishing the role of rNMDA and rNK1 in this phenomenon. We use an electrophysiological approach with extracellular recordings in the Sp5O associated with microinjections in the Sp5C. Moreover a neuroanatomical study allowed identifying networks of interneurones conveying the message since the Sp5C towards the Sp5O. 1) the wind-up of WDR neurons of the Sp5O depends on the intensity of noxious stimulation and makes it possible to improve the coding capacities of short duration noxious stimuli. In addition, we show that wind -up involves a transitory modification (approximately 2min duration) of the WDR neurons exci tability. The modification of excitability generated by the wind-up is responsible only for the facilitation responses evoked by C fibres. We suggest that the increase in the central excitability generated by the wind-up and central sensitization are different phenomena. 2) wind-up depends on the activation of the local rNMDA whereas it is submitted to an inhibition mediated by the rNMDA located in the superficial layers of the Sp5C. The trigeminal model enables to show that, even at the segmentary level, there is a permanent adjustment of the amplification of the painful message. 3) finally, the development of the wind-up also depends on the activation of the rNK1 located on interneurones localised of the lamina III of the Sp5C. To conclude, it appears that wind-up is a segmentary phenomenon allowing the coding of short duration noxious stimulations and triggered by rNK1 and rNMDA polysynaptic ways., Le wind-up est une augmentation progressive, fréquence dépendante, de la réponse d'un neurone lors de l'application répétitive de stimuli électriques nociceptifs identiques sur un même territoire. Ce phénomène est essentiellement exprimé par les neurones WDR de la moelle comme du trijumeau. Il dépend en partie de l'activation des récepteurs NMDA et NK1. Il est apparenté chez l'homme à la sommation temporelle et a des conséquences sur la perception de la douleur. Sa signification fonctionnelle n'est pas encore clairement établie. Chez le rat anesthésié et au sein du complexe sensitif du trijumeau, l'objectif de ce travail est : 1) d'analyser les caractéristiques et la fonction du wind-up des neurones WDR trigéminaux, 2) d'identifier les réseaux neuronaux sous tendant le wind-up et 3) d'établir le rôle des rNMDA et des rNK1 dans le wind-up. Nous avons adopté une approche électrophysiologique lors d'enregistrements extracellulaires au sein du Sp5O associés à des micro injections dans le Sp5C. De plus, une approche neuroanatomique a permis d'identifier des réseaux d'interneurones véhiculant le message depuis le Sp5C vers le Sp5O. 1) le wind-up des neurones WDR du Sp5O dépend de l'intensité de la stimulation nociceptive et permet d'améliorer les capacités de codage de stimuli nociceptifs de courte durée. Par ailleurs, nous montrons que le wind-up entraine une modification transitoire (environ 2min) de l'excitabilité des neurones WDR. Cette modification d'excitabilité générée par la wind-up est responsable uniquement de la facilitation des réponses évoquées par la mise en jeu des fibres C. Nous suggérons que l'augmentation de l'excitabilité centrale générée par le wind-up et la sensibilisation centrale sont des phénomènes différents. 2) le wind-up dépend de l'activation des rNMDA locaux alors qu'il est soumis à une inhibition via les rNMDA situés dans les couches superficielles du Sp5C. Le modèle trigéminal permet donc de montrer que, dès l'étage segmentaire, il existe un ajustement permanent de l'amplification du message douloureux. 3) enfin, le développement du wind-up dépend également de l'activation des rNK1 situés sur des interneurones localisés dans la couche III du Sp5C. En conclusion, il apparaît que le wind-up est un phénomène segmentaire permettant le codage de stimulations nociceptives de courte durée et sous tendu à la mise en jeu de voies polysynaptiques rNK1 et rNMDA dépendantes.

Wind-up is a frequency-dependent increase of neuronal response during electrical repetitive noxious stimulation of receptive field. This phenomenon is generally expressed in spinal and trigeminal WDR neurons. It partially depends on the activation of NMDA and NK1 receptors. In human, wind-up is related with the temporal summation and has consequences on the perception of pain. Its functional significance is not yet clearly established. In sensory trigeminal complex of anaesthetized rat, we aim at: 1) analysing the characteristics and function of the wind-up of trigeminal WDR neurons. 2) identifying the neural networks underlying the wind -up and 3) establishing the role of rNMDA and rNK1 in this phenomenon. We use an electrophysiological approach with extracellular recordings in the Sp5O associated with microinjections in the Sp5C. Moreover a neuroanatomical study allowed identifying networks of interneurones conveying the message since the Sp5C towards the Sp5O. 1) the wind-up of WDR neurons of the Sp5O depends on the intensity of noxious stimulation and makes it possible to improve the coding capacities of short duration noxious stimuli. In addition, we show that wind -up involves a transitory modification (approximately 2min duration) of the WDR neurons exci tability. The modification of excitability generated by the wind-up is responsible only for the facilitation responses evoked by C fibres. We suggest that the increase in the central excitability generated by the wind-up and central sensitization are different phenomena. 2) wind-up depends on the activation of the local rNMDA whereas it is submitted to an inhibition mediated by the rNMDA located in the superficial layers of the Sp5C. The trigeminal model enables to show that, even at the segmentary level, there is a permanent adjustment of the amplification of the painful message. 3) finally, the development of the wind-up also depends on the activation of the rNK1 located on interneurones localised of the lamina III of the Sp5C. To conclude, it appears that wind-up is a segmentary phenomenon allowing the coding of short duration noxious stimulations and triggered by rNK1 and rNMDA polysynaptic ways.; Le wind-up est une augmentation progressive, fréquence dépendante, de la réponse d'un neurone lors de l'application répétitive de stimuli électriques nociceptifs identiques sur un même territoire. Ce phénomène est essentiellement exprimé par les neurones WDR de la moelle comme du trijumeau. Il dépend en partie de l'activation des récepteurs NMDA et NK1. Il est apparenté chez l'homme à la sommation temporelle et a des conséquences sur la perception de la douleur. Sa signification fonctionnelle n'est pas encore clairement établie. Chez le rat anesthésié et au sein du complexe sensitif du trijumeau, l'objectif de ce travail est : 1) d'analyser les caractéristiques et la fonction du wind-up des neurones WDR trigéminaux, 2) d'identifier les réseaux neuronaux sous tendant le wind-up et 3) d'établir le rôle des rNMDA et des rNK1 dans le wind-up. Nous avons adopté une approche électrophysiologique lors d'enregistrements extracellulaires au sein du Sp5O associés à des micro injections dans le Sp5C. De plus, une approche neuroanatomique a permis d'identifier des réseaux d'interneurones véhiculant le message depuis le Sp5C vers le Sp5O. 1) le wind-up des neurones WDR du Sp5O dépend de l'intensité de la stimulation nociceptive et permet d'améliorer les capacités de codage de stimuli nociceptifs de courte durée. Par ailleurs, nous montrons que le wind-up entraine une modification transitoire (environ 2min) de l'excitabilité des neurones WDR. Cette modification d'excitabilité générée par la wind-up est responsable uniquement de la facilitation des réponses évoquées par la mise en jeu des fibres C. Nous suggérons que l'augmentation de l'excitabilité centrale générée par le wind-up et la sensibilisation centrale sont des phénomènes différents. 2) le wind-up dépend de l'activation des rNMDA locaux alors qu'il est soumis à une inhibition via les rNMDA situés dans les couches superficielles du Sp5C. Le modèle trigéminal permet donc de montrer que, dès l'étage segmentaire, il existe un ajustement permanent de l'amplification du message douloureux. 3) enfin, le développement du wind-up dépend également de l'activation des rNK1 situés sur des interneurones localisés dans la couche III du Sp5C. En conclusion, il apparaît que le wind-up est un phénomène segmentaire permettant le codage de stimulations nociceptives de courte durée et sous tendu à la mise en jeu de voies polysynaptiques rNK1 et rNMDA dépendantes.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les propriétés du système visuel permettent la détection efficiente d'un élément se distinguant d'une seule primitive visuelle des éléments environnants (couleur, contraste, etc.). La recherche est inefficiente dans toute autre situation. Nos travaux, par l'utilisation de techniques diversifiées d'analyse du signal électrophysiologique enregistré simultanément à la réalisation de plusieurs tâches de recherche visuelle, permettent de rejeter l'hypothèse de processus sélectifs en tant que mécanisme unitaire. En effet, pour des patterns de temps de réaction inefficients comparables, deux modes opératoires précoces de la dynamique cérébrale sont dissociés dès 120 post-stimuli. De plus, et ce même pour une recherche efficiente, des influences de la latéralité des cibles et des réponses motrices sont mesurées dès 250 ms post-stimuli. Nos résultats illustrent l'apport considérable qu'offrent les travaux neuroscientifiques à la compréhension des modes opératoires de l'attention visuelle sélective et à la clarification des hypothèses formulées par les modèles psychologiques depuis plusieurs décennies.

Steps in the physiological construction of the neurone concept are described. Early ideas on the function of the nerve cell led to later polemics on the neurone doctrine and the speculative attitude of histophysiology. Researches of Sherrington and Adrian emerged from a specific British context, and confronted American oscillography and Berger rhythm. At the end of various polemics, the neurone was constructed by the intracellular technique and the use of concepts borrowed from other sub-disciplines. Analysis of these paths demonstrates underlying disciplinary interactions as essential factors. To cite this article: J.-G. Barbara, C. R. Biologies 329 (2006).

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Diplôme : other; Ce travail vise à mieux comprendre la mise en forme du message gustatif à la périphérie avant la transmission vers le système nerveux central. Des techniques d’enregistrements électrophysiologiques ont permis l’étude des différents maillons de la chaîne gustative depuis le nerf gustatif (corde du tympan) jusqu’aux cellules sensorielles du bourgeon du goût. L’implication du glutamate, qui suscite la sensation umami chez l’homme et qui est un neurotransmetteur dans le système nerveux central, est plus particulièrement observé dans ce système. Ses effets physiologiques sont observés au niveau du pôle apical et basolatéral des bourgeons du goût. L’utilisation d’agonistes et d’antagonistes spécifiques des récepteurs au glutamate a permis d’identifier des analogies entre les récepteurs au glutamate gustatifs et centraux mais également des divergences. La transduction du goût umami apparaît alors comme un mécanisme multi-récepteurs. En outre, nos résultats montrent que, en plus de son rôle de stimulus gustatif excitateur, le glutamate peut inhiber l’émission spontanée de potentiels d’action dans des fibres isolées, diminuer la réponse à un stimulus gustatif et fermer des canaux présents dans la membrane des cellules sensorielles. Le glutamate joue un rôle dans la neuromodulation du signal gustatif à la base des bourgeons du goût.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

The use of the medical imaging and electrophysiological measurements for the study of the heart makes it possible to better understand its behaviour and cardiac pathologies, to provide tools to help the diagnosis and the planning of therapies. In this thesis, we are interested in the exploitation of these data under two different points of view. The first part of this work deals with the estimation of motion in echocardiographic sequences of images using the tissue Doppler imaging (TDI) modality. The second part of this work deals with the processing of measurements of the electrical activity of the heart by estimating parameters of an electrophysiological model of the heart. The modality TDI provides quantitative information on the speed of the tissues in the direction of the echographic probe. The goal of this work is to study the deformation of the cardiac muscle by jointly using the TDI and traditional echography. Our approach combines calculations of optical flow by the method of Horn and Schunck on the traditional sequence of echographic images, partial measurements of the velocity resulting from the imagery by tissue Doppler (TDI) and a space-time regularization to estimate the velocity fields within a variational framework. We validate this method on synthetic data then we use it on real sequences. In the second part of this thesis, we are interested in the estimation of parameters of the model of Aliev and Panfilov of propagation of the action potential in the ventricles using electrophysiological measurements. Thanks to a collaboration with the "National Institutes of Health", we have the depolarization time measured on the epicardium of several hearts of dogs. Traditional methods do not make it possible to minimize the difference between the model and the data in this specific case. After a stage of global adjustment, we propose to minimize the quadratic error between the data and the model according to one of the parameters for which we permit local variations. The selected parameter is the coefficient of diffusion which we call apparent conductivity because its variations reflect at the same time the variations of conductivity and the variations of the reaction parameters. Using the causality of the modelled propagation, we reduce the problem to successive unidimensional minimizations by Brent's method. We apply this approach to real data in normal cases and also in cases of infarcted hearts. In this last case, we find a strong correlation between the regions of low apparent conductivity and the infarct. For the perspectives of this work, we want to apply these methods with less invasive measurements such as those obtained by intracavitary systems without contact or even with electrocardiograms. Another prospect for this work is the estimation of parameters of an electromechanical model of the heart from images of displacement like those obtained thanks to the tagged MRI.; L'utilisation de l'imagerie médicale et de mesures électrophysiologiques pour l'étude du cœur permet de mieux comprendre son fonctionnement et les pathologies cardiaques, de fournir des outils d'aide au diagnostic et à la planification de thérapies. Dans cette thèse, nous nous intéressons à l'exploitation de ces données sous deux angles différents. La première partie du travail concerne l'estimation de mouvements dans des séquences d'images échocardiographiques à l'aide de l'imagerie par Doppler tissulaire (TDI). La deuxième partie de ce travail concerne l'analyse de mesures de l'activité électrique du cœur en estimant des paramètres d'un modèle électrophysiologique du cœur. La modalité TDI fournit une information quantitative sur la vitesse des tissus dans la direction de la sonde échographique. Le but de ce travail est d'étudier la déformation du muscle cardiaque en utilisant conjointement le TDI et l'échographie classique. Notre approche combine des calculs de flot optique par la méthode de Horn et Schunck sur la séquence classique d'images échographiques, la mesure partielle de vitesse issue de l'imagerie par Doppler tissulaire (TDI) et une régularisation spatio-temporelle pour estimer les champs de vitesse dans un cadre variationnel. Nous validons cette méthode sur des données synthétiques puis nous l'utilisons sur des séquences réelles. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous nous intéressons à l'estimation de paramètres du modèle d'Aliev et Panfilov de propagation du potentiel d'action dans les ventricules en utilisant des mesures électrophysiologiques. Grâce à une collaboration avec le ''National Institutes of Health'', nous disposons des temps de dépolarisation mesurés sur l'épicarde de plusieurs cœurs de chiens. Les méthodes classiques ne permettent pas de minimiser l'écart entre le modèle et les données dans ce cas spécifique. Après une étape d'ajustement global, nous proposons de minimiser l'écart quadratique entre les données et le modèle en fonction d'un des paramètres que nous faisons varier localement. Le paramètre choisi est le coefficient de diffusion que nous appelons conductivité apparente car ses variations reflètent à la fois les variations de conductivité et les variations des paramètres de réaction. En utilisant la causalité de la propagation modélisée, nous ramenons le problème à des minimisations unidimensionnelles successives par la méthode de Brent. Nous appliquons cette approche à des données réelles dans des cas normaux et aussi dans des cas de cœurs infarcis. Dans ce dernier cas, nous trouvons une forte corrélation entre les zones de faibles conductivités apparentes et l'infarctus. A l'issue de ce travail, nous envisageons l'utilisation de ces méthodes avec des mesures moins invasives telles que celles obtenues par des systèmes intracavitaires sans contact ou même des électrocardiogrammes. Une autre perspective pour ce travail est l'estimation de paramètres d'un modèle du fonctionnement électromécanique du cœur à partir d'images de déplacement comme celles obtenues grâce à l'IRM marquée.

Amyloid peptide accumulation is a key factor in Alzheimer's disease pathology. Forthis work, we have shown different effects of these peptides.We have shown the effects of different Aβ peptides on calcium currents ofhippocampal neurons. Thus, Aβ(25-35) increases type L calcium currents whereas Aβ(1-40)increases non-L type calcium currents.We next shown that Aβ application decreases evoked excitatory postsynaptic currentsand spontaneous miniature courants. These decreases are due to internalisation of AMPAreceptors and imply inflammatory processes and tranduction pathways activation.Finally, we shown that during apoptosis induced by amyloid peptide, class III β-tubulin is excluded from microtubules and forms cytoplasmic aggregates. These effects arenot due to changes in post-translationnal modifications of tubulin.; L'accumulation du peptide amyloïde Aβ semble être le facteurs décisif dans laphysiopathologie de la maladie d'Alzheimer.Au cours de ce travail, nous avons montré différents effets de ces peptides.Nous avons montré les effets de différents types de peptides amyloïdes sur lescourants calciques des neurones de l'hippocampe. Ainsi, l'Aβ(25-35) augmente les courantscalciques de type L alors que l'Aβ(1-40) ceux de types non-L.Ensuite, l'application de peptide Aβ diminue les courants postsynaptiques excitateursévoqués mais également des courants miniatures spontanés. Ces diminutions seraient dues àune internalisation des récepteurs AMPA et impliquent des processus inflammatoires etl'activation de voies de transduction.Enfin, lors de l'apoptose neuronale induite par le peptide amyloïde la β-tubuline declasse III est exclue des microtubules et forme des agrégats cytoplasmiques. Ces effets ne sontpas dus à des changements dans les modifications post-traductionnelles de la tubuline.

Amyloid peptide accumulation is a key factor in Alzheimer's disease pathology. Forthis work, we have shown different effects of these peptides.We have shown the effects of different Aβ peptides on calcium currents ofhippocampal neurons. Thus, Aβ(25-35) increases type L calcium currents whereas Aβ(1-40)increases non-L type calcium currents.We next shown that Aβ application decreases evoked excitatory postsynaptic currentsand spontaneous miniature courants. These decreases are due to internalisation of AMPAreceptors and imply inflammatory processes and tranduction pathways activation.Finally, we shown that during apoptosis induced by amyloid peptide, class III β-tubulin is excluded from microtubules and forms cytoplasmic aggregates. These effects arenot due to changes in post-translationnal modifications of tubulin.; L'accumulation du peptide amyloïde Aβ semble être le facteurs décisif dans laphysiopathologie de la maladie d'Alzheimer.Au cours de ce travail, nous avons montré différents effets de ces peptides.Nous avons montré les effets de différents types de peptides amyloïdes sur lescourants calciques des neurones de l'hippocampe. Ainsi, l'Aβ(25-35) augmente les courantscalciques de type L alors que l'Aβ(1-40) ceux de types non-L.Ensuite, l'application de peptide Aβ diminue les courants postsynaptiques excitateursévoqués mais également des courants miniatures spontanés. Ces diminutions seraient dues àune internalisation des récepteurs AMPA et impliquent des processus inflammatoires etl'activation de voies de transduction.Enfin, lors de l'apoptose neuronale induite par le peptide amyloïde la β-tubuline declasse III est exclue des microtubules et forme des agrégats cytoplasmiques. Ces effets ne sontpas dus à des changements dans les modifications post-traductionnelles de la tubuline.

To be fully exploitable extracellular multi-unit data have to be sorted out into several single neuron spike trains: this particular data processing is called "spike-sorting". This work is a contribution to the development and the carrying out of an automatic spike-sorting method implementing a Markov Chain Monte Carlo (MCMC) method. The proposed method enables the experimentalist to take into account the occurrence times of spikes, in addition to the information provided by their waveforms, to perform spike-sorting. This use of temporal information makes it possible to automatically identify neurons with non-stationary spike waveforms. It also improves the separation of neurons whose spike waveforms are similar. This methodological work led to the release of a free software documented by its user guide.This spike-sorting method has been experimentally validated on populations of Purkinje cells (PCs) in rat cerebellar slices. Besides, the spike train analysis of these multiple cells data did not reveal any significant temporal correlations between spontaneous PC spike trains, in spite of common inhibition of PCs by molecular layer interneurons and direct inhibition PC to PC. Simulations showed that the influence of these inhibitions onto temporal relations between spike trains is too weak to be detected with our correlation analysis. Codes written to analyse spike trains are also released as a second software., Pour être réellement exploitables, les données d'enregistrements extracellulaires multiunitaires doivent faire l'objet d'un traitement préalable visant à isoler les activités neuronales individuelles qui les constituent: le spike-sorting. Ce travail de thèse est une contribution au développement et à la réalisation d'une méthode automatique de spike-sorting implémentant un algorithme de Monte Carlo par Chaînes de Markov (MCMC). La méthode proposée permet de tenir compte, en plus de la forme des potentiels d'action (PAs), de l'information fournie par leurs temps d'émission pour réaliser la classification. Cette utilisation de l'information temporelle rend possible l'identification automatique de neurones émettant des PAs de formes non stationnaires. Elle améliore aussi grandement la séparation de neurones aux PAs de formes similaires. Ce travail méthodologique à débouché sur la création d'un logiciel libre accompagné de son manuel d'utilisateur.Cette méthode de spike-sorting a fait l'objet d'une validation expérimentale sur des populations de cellules de Purkinje (PCs), dans les tranches de cervelet de rat. Par ailleurs, l'étude des trains de PAs de ces cellules fournis par le spike-sorting, n'a pas révélé de corrélations temporelles significatives en régime spontané, en dépit de l'existence d'une inhibition commune par les interneurones de la couche moléculaire et d'une inhibition directe de PC à PC. Des simulations ont montré que l'influence de ces inhibitions sur les relations temporelles entre les trains de PCs était trop faible pour pouvoir être détectée par nos méthodes d'analyse de corrélations. Les codes élaborés pour l'analyse des trains de PAs sont également disponibles sous la forme d'un second logiciel libre.

La cellule de Purkinje constitue la seule sortie du cortex cérébelleux. En étudiant les caractéristiques de sa décharge spontanée sur l’animal éveillé, nous pouvons avoir un aperçu de l’intégration par le cortex cérébelleux de ses deux entrées excitatrices, les fibres moussues et les fibres grimpantes. Les souris transgéniques constituent une opportunité réelle de mieux comprendre le fonctionnement et les dysfonctionnements du cortex cérébelleux. Dans ce travail, nous décrivons la décharge spontanée des cellules de Purkinje chez l’animal normal et dans différents modèles de souris ataxiques. Nous avons ainsi mis en évidence différents patterns d’activité correspondant à différents degrés d’ataxie. Ainsi, sur les souris consommant chroniquement de l’éthanol et sur les souris SCA1, qui présentent un très léger trouble de la coordination motrice, nous avons trouvé une fréquence de décharge diminuée des spikes simples et des spikes complexes, sans augmentation de la rythmicité ni émergence d’oscillation du potentiel de champ de local. Les souris déficientes en calbindine, en calrétinine, en parvalbumine, en Ube 3A maternelle, ou ayant subi in utero un syndrome d’alcoolisme fœtal présentent un trouble de la coordination plus net, mais nécessitant toujours des tests adaptés pour être mis en évidence. Ces souris présentent une oscillation rapide soutenue par la décharge rythmique et synchrone des cellules de Purkinje. Cette oscillation est synchronisée dans l’axe des fibres parallèles, et est inhibée par les inhibiteurs des gap junctions, des récepteurs GABAA et NMDA. Par contre, les souris BK-/- dont l’ataxie est évidente même en conditions standards, présentent une oscillation lente synchronisée dans les axes sagittal et frontal, en phase avec les bursts des cellules de Purkinje et avec la décharge des cellules de Golgi. L’existence de ces différents patterns qui regroupent des conditions physiopathologiques qui n’ont pas d’autre point commun qu’un même niveau de déficit de la coordination motrice suggère que les troubles cérébelleux puissent être classifiés en un nombre limité de catégories permettant ainsi une approche thérapeutique plus ciblée., Doctorat en sciences biomédicales, info:eu-repo/semantics/nonPublished

La chirurgie du lobe temporal a montré son efficacité dans le traitement de l'épilepsie temporo-mésiale, lorsqu'elle devient résistante aux traitements anti-épileptiques. Nous allons étudier les résultats de la chirurgie chez 42 patients opérés entre 2001 et 2004 dans le département de Neurochirurgie du CHU de Nancy. Après un rappel de l'anatomie chirurgicale du lobe temporal et des actualités du bilan neurologique, nous exposerons nos résultats et les discuterons avec une revue de la littérature. L'âge moyen est de 33 ans, le recul moyen de 28,6 mois (12-48). 5 patients ont moins de 15 ans. L'ensemble de bilan préopératoire est non invasif : bilan neurologique et neuropsychologique, EEG de scalp couplé au vidéo-EEG continu, SPECT critique et intercritique, IRM encéphalique, PET, Wada... Tous les patients adultes ont été opérés par le même opérateur. Les résultats montrent un taux de libération totale des crises de 62% (Classe Ia d'Engel) et 2 réels échecs chirurgicaux (Classes III et IV d'Engel). Les complications sont rares et majoritairement mineures. L'intervention ne semble pas améliorer les troubles psychiatriques préopératoires. Il n'y a pas de décès en post-opératoire immédiat. L'analyse de cette série montre l'intérêt de cette chirurgie comme traitement efficace et sûr de l'épilepsie temporo-mésiale, même si des moyens utiles restent encore à développer.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

The use of the medical imaging and electrophysiological measurements for the study of the heart makes it possible to better understand its behaviour and cardiac pathologies, to provide tools to help the diagnosis and the planning of therapies. In this thesis, we are interested in the exploitation of these data under two different points of view. The first part of this work deals with the estimation of motion in echocardiographic sequences of images using the tissue Doppler imaging (TDI) modality. The second part of this work deals with the processing of measurements of the electrical activity of the heart by estimating parameters of an electrophysiological model of the heart. The modality TDI provides quantitative information on the speed of the tissues in the direction of the echographic probe. The goal of this work is to study the deformation of the cardiac muscle by jointly using the TDI and traditional echography. Our approach combines calculations of optical flow by the method of Horn and Schunck on the traditional sequence of echographic images, partial measurements of the velocity resulting from the imagery by tissue Doppler (TDI) and a space-time regularization to estimate the velocity fields within a variational framework. We validate this method on synthetic data then we use it on real sequences. In the second part of this thesis, we are interested in the estimation of parameters of the model of Aliev and Panfilov of propagation of the action potential in the ventricles using electrophysiological measurements. Thanks to a collaboration with the "National Institutes of Health", we have the depolarization time measured on the epicardium of several hearts of dogs. Traditional methods do not make it possible to minimize the difference between the model and the data in this specific case. After a stage of global adjustment, we propose to minimize the quadratic error between the data and the model according to one of the parameters for which we permit local variations. The selected parameter is the coefficient of diffusion which we call apparent conductivity because its variations reflect at the same time the variations of conductivity and the variations of the reaction parameters. Using the causality of the modelled propagation, we reduce the problem to successive unidimensional minimizations by Brent's method. We apply this approach to real data in normal cases and also in cases of infarcted hearts. In this last case, we find a strong correlation between the regions of low apparent conductivity and the infarct. For the perspectives of this work, we want to apply these methods with less invasive measurements such as those obtained by intracavitary systems without contact or even with electrocardiograms. Another prospect for this work is the estimation of parameters of an electromechanical model of the heart from images of displacement like those obtained thanks to the tagged MRI., L'utilisation de l'imagerie médicale et de mesures électrophysiologiques pour l'étude du cœur permet de mieux comprendre son fonctionnement et les pathologies cardiaques, de fournir des outils d'aide au diagnostic et à la planification de thérapies. Dans cette thèse, nous nous intéressons à l'exploitation de ces données sous deux angles différents. La première partie du travail concerne l'estimation de mouvements dans des séquences d'images échocardiographiques à l'aide de l'imagerie par Doppler tissulaire (TDI). La deuxième partie de ce travail concerne l'analyse de mesures de l'activité électrique du cœur en estimant des paramètres d'un modèle électrophysiologique du cœur. La modalité TDI fournit une information quantitative sur la vitesse des tissus dans la direction de la sonde échographique. Le but de ce travail est d'étudier la déformation du muscle cardiaque en utilisant conjointement le TDI et l'échographie classique. Notre approche combine des calculs de flot optique par la méthode de Horn et Schunck sur la séquence classique d'images échographiques, la mesure partielle de vitesse issue de l'imagerie par Doppler tissulaire (TDI) et une régularisation spatio-temporelle pour estimer les champs de vitesse dans un cadre variationnel. Nous validons cette méthode sur des données synthétiques puis nous l'utilisons sur des séquences réelles. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous nous intéressons à l'estimation de paramètres du modèle d'Aliev et Panfilov de propagation du potentiel d'action dans les ventricules en utilisant des mesures électrophysiologiques. Grâce à une collaboration avec le ''National Institutes of Health'', nous disposons des temps de dépolarisation mesurés sur l'épicarde de plusieurs cœurs de chiens. Les méthodes classiques ne permettent pas de minimiser l'écart entre le modèle et les données dans ce cas spécifique. Après une étape d'ajustement global, nous proposons de minimiser l'écart quadratique entre les données et le modèle en fonction d'un des paramètres que nous faisons varier localement. Le paramètre choisi est le coefficient de diffusion que nous appelons conductivité apparente car ses variations reflètent à la fois les variations de conductivité et les variations des paramètres de réaction. En utilisant la causalité de la propagation modélisée, nous ramenons le problème à des minimisations unidimensionnelles successives par la méthode de Brent. Nous appliquons cette approche à des données réelles dans des cas normaux et aussi dans des cas de cœurs infarcis. Dans ce dernier cas, nous trouvons une forte corrélation entre les zones de faibles conductivités apparentes et l'infarctus. A l'issue de ce travail, nous envisageons l'utilisation de ces méthodes avec des mesures moins invasives telles que celles obtenues par des systèmes intracavitaires sans contact ou même des électrocardiogrammes. Une autre perspective pour ce travail est l'estimation de paramètres d'un modèle du fonctionnement électromécanique du cœur à partir d'images de déplacement comme celles obtenues grâce à l'IRM marquée.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Non disponible / Not available, La voie d'entrée du calcium implique les canaux contrôlés par les réserves intracellulaires (store-operated channels, SOC). Dans les cellules de mammifères, le canal SOC le plus étudié est le canal CRAC (calcium release-activated Ca2+ channel). Dans les cellules myéloïdes dendritiques de souris, nous avons étudié le mécanisme de signalisation par le calcium par des techniques d'imagerie calcique et d'électrophysiologie. Nos résultats ont permis de montrer que ces cellules n'expriment pas plus de canaux couplés au voltage que de canaux couplés à la dihydropyridine (DHP). Au contraire, la DHP participe à la mobilisation de calcium des réserves intracellulaires ce qui induit une entrée de calcium par l'intermédiaire de CRAC. De même, la signalisation par l'ATP dans ces cellules conduit principalement à une mobilisation de calcium plutôt qu'une entrée par les canaux de la membrane plasmique. CRAC constitue la voie prédominante d'entrée du calcium après fixation de l'ATP. Nous avons montré que CRAC est activé dans des conditions physiologiques ce qui implique la maturation des cellules myéloïdes dendritiques de souris. Nous avons aussi détecté CRAC dans des lignées cellulaires de drosophiles. Les caractéristiques de son activation ainsi que ses propriétés biophysiques sont comparables à celles des cellules de mammifères, mais sans phase d'inactivation très rapide chez la drosophile. Enfin, nous avons identifié un nouveau mécanisme de modulation des SOC. Notre étude sur des cellules acinaires pancréatiques de rat AR42J et les cellules humaines embryonnaires de rein HEK 293 a permis de montrer que les phosphatases à tyrosine en particulier PTP1B sont impliquées dans l'inactivation de l'entrée de calcium après déplétion des réserves intracellulaires.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

International audience; Reçu le 21 mars 2005 ; accepté le 1 août 2005 Résumé Objectif. – Préciser, dans la succession des opérations cognitives aboutissant à une action, la localisation des troubles attentionnels consé-cutifs à un traumatisme crânien. Méthode. – Les potentiels évoqués cognitifs ont été enregistrés au cours d'un test de Stroop, après les stimulations et lors des réponses, chez 25 traumatisés crâniens et chez 25 sujets témoins, environ quatre mois après l'accident. La latence et l'amplitude des différentes ondes ont été comparées entre les groupes et corrélées à différentes données cliniques. Résultats. – Il existe une augmentation des temps de réaction des traumatisés crâniens, sans augmentation ni du nombre d'erreurs ni de l'interférence. Les enregistrements électrophysiologiques précisent l'existence d'un trouble précoce se produisant entre 100 et 200 millise-condes suivant la présentation d'une stimulation. La région responsable pourrait être la face occipitotemporale interne en relation avec les régions frontales. Ils montrent également une perturbation du monitorage du programme moteur qui implique les zones frontomédianes. Conclusion. – Ce protocole permet de mettre en évidence des altérations cognitives relativement précises dans leur localisation tempo-relle. Des études ultérieures devraient préciser les fonctions neuropsychologiques atteintes en rapport avec ces anomalies, et leur possibilité de régression avec l'évolution. © 2005 Elsevier SAS. Tous droits réservés. Abstract Objective. – To specify, in cognitive processing leading to an action, the localization of difficulties in attention following severe, traumatic brain injury. Method. – Stimulus-locked and response-locked event-related potentials were recorded during a Stroop task in 25 patients with traumatic brain injury and 25 control subjects approximately 4 months after the accident. The latency and amplitude of the waves were compared between the two groups and correlated with clinical data. Results. – The reaction times of brain-injured patients were significantly longer than those of the control group, but neither the number of errors nor the interference differed between the groups. Electrophysiological recordings showed early abnormalities between 100 and 200 ms after stimulus onset. The key area could be the medial occipitotemporal side connected with frontal regions. Recordings also showed disruptions in motor program monitoring, which implied frontomedial areas. Conclusion. – This protocol allows for precisely dating cognitive abnormalities. Future studies should relate cognitive with neuropsycho-logical abnormalities and examine the possibilities of later regression.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

The rationale of this thesis is to investigate both the resting and the dynamical properties of central vestibular neurons. A principal objective of this work is to determine the functional properties of different populations of neurons within a particular nucleus. In particular, two neuronal groups in the medial vestibular nucleus (MVN), type A and type B, having different action potential profiles, were investigated to evaluate their resting and dynamical properties. In order to address these issues, we compared different central vestibular neurons recorded under several experimental conditions. Namely, we studied (1) the behaviour of normal MVN neurons, (2) the plasticity of the intrinsic properties of MVN neurons after lesions, (3) the properties of vestibular neurons located in the lateral nucleus, and finally (4) the characterictics of vestibular neurons in another species, the frog. For (1) and (2), long term studies of the plasticity of MVN neurons intrinsic properties following unilateral labyrinthectomy showed that the lesion differentially affects ipsi and contralesional neurons. Ipsilesional MVN neurons developed more tonic discharge properties while contralesional MVN neurons evolved towards more phasic discharge properties. From a functional point of view, some of these neural modifications might help to restore the deficits triggered by the lesion, whereas others will indefinitly impaire the behaviour. On (3), a comparison of the normal electrophysiological intrinsic properties of MVN neurons and of the giant Deiters' neurons located in the lateral vestibular nuclei recorded in control conditions was performed. This shows that a particular function of neurons appears to be directly correlated with its electrophysiological intrinsic properties. Finally in (4), the properties of guinea-pig and frog central vestibular neurons were compared. Central vestibular pathways are organized in complementary, frequency tuned channels. The neuronal populations constituting those overlapping channels were involved in common motor tasks. These studies suggest that in both frog and guinea-pig, the central vestibular system consists of essentially linear tonic neurons and more nonlinear phasic neurons. Thus it would appear that the basic organization of the vestibular system is conserved throughout Vertebrates. These results are interpreted within the framework of a coadaptation between the intrinsic electrophysiological properties and the synaptic inputs for particular neurons., Nous nous sommes attachés à étudier les propriétés électrophysiologiques intrinsèques des neurones vestibulaires centraux. Notre objectif était de déterminer les propriétés fonctionnelles de différentes populations de neurones enregistrés au sein d'un même noyau. Plus précisément, deux types cellulaires ont été décrits au sein du noyau vestibulaire médian (NVM) à partir de la forme de leurs potentiels d'action : il s'agit des neurones de type A et B. Afin de comprendre la pertinence physiologique de cette classification, nous avons comparé les propriétés intrinsèques de groupes de neurones enregistrés dans différentes conditions au sein des noyaux vestibulaires centraux. Nous avons (1) étudié le comportement des neurones du NVM en conditions contrôles. (2) Nous avons étudié la plasticité post-lésionelle des propriétés intrinsèques de ces neurones. (3) Par la suite, nous avons comparé les neurones du NVM et du noyau vestibulaire latéral (NVL) en conditions normales. (4) Finalement nous avons comparé les propriétés des neurones vestibulaires enregistrés chez le cobaye à celles des neurones enregistrés chez la grenouille. Nos études de la plasticité à long terme des propriétés électrophysiologiques des neurones vestibulaires médians au cours de la compensation vestibulaire (1) et (2) nous ont permis de montrer que la labyrinthectomie unilatérale affecte différemment les neurones vestibulaires situés de part et d'autre du tronc cérébral. Les neurones ipsilatéraux à la lésion développent des propriétés de décharge plus toniques qu'en contrôle, alors que les neurones contralatéraux à la lésion développent des propriétés de décharge plus phasiques. D'un point de vue fonctionnel, certaines des modifications observées favoriseront la compensation comportementale des déficits induits par la labyrinthectomie unilatérale, mais d'autres rendront au contraire certaines réponses définitivement impossibles. Puis, en (3), l'extension de nos études aux neurones de Deiters du NVL chez le cobaye a montré comment la fonction particulière des cellules d'un noyau peut déterminer l'expression de leurs conductances. Finalement, en (4), la comparaison des propriétés des neurones vestibulaires centraux de deux espèces nous a permis de proposer une organisation des voies centrales vestibulaires en voies fréquentielles complémentaires de traitement des informations sensorielles. Au sein de chaque espèce, nous retrouvons la même distinction fonctionnelle entre les neurones toniques à réponses plutôt linéaires et les neurones phasiques pourvus de non-linéarités importantes, suggérant une conservation de l'organisation de base du système vestibulaire chez les Vertébrés. L'ensemble de mes résultats peut être interprété dans le cadre d'une coadaptation des propriétés intrinsèques et des entrées synaptiques reçues par les neurones.

None

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

The electroretinogram (ERG) records the electrophysiological response of the retina to a brief luminous stimulus (flash) or to brief variations in the luminance spatial organisation (pattern, multifocal). The response obtained is proportional to the number of activated photoreceptors and hence to the functional retinal surface. The ERG can preferentially target the cone system or the rod system according to the composition of the stimulation used (temporal, energetic, spatial and spectral factors), the light environment in which the examination takes place, the state of adaptation of the retina at the time of examination, and the anatomo-physiological characteristics of the species studied. In animals, full-field binocular stimulations are carried out under general anaesthesia. The signal recorded (around one microvolt) must be amplified and filtered. The ERG consists of a succession of waves characterised by their form, amplitude and latency. Flash ERG is evoked by a stimulus (white or coloured) of variable standards of illumination (scotopic or photopic) delivered at low temporal frequency (0.1 Hz – 4 Hz). The first negative deflection (awave) reflects the kinetics of the photoreceptor hyperpolarisation . It is then followed by a positive deflection (b-wave) representing the activity of the bipolar/ Muller’s cell complex, itself followed by a second positive deflection (i-wave) representing the activity of the retinal ganglion cells and/or optic nerve. Flicker ERG is obtained with the same type of stimulation at high temporal frequency (10 Hz – 30 Hz). Pattern and multifocal ERGs are performed using localised retinal stimulation. In man, they are used to study macular function. In animals, ERGs provide information on the retinal function when the fundus of the eye is not visible (pigmentary keratitis, cataract, hyalitis), when it is affected by heredo-degenerative diseases (dystrophies, photoreceptor dysplasia, etc.), and in behavioural disorders involving the visual function. ERGs provide objective data which must be interpreted according to the clinical setting. They are also used to quantify the side effects of xenobiotics in pharmacology and toxicology studies., L’électrorétinogramme (ERG) représente la réponse électrophysiologique de la rétine à une stimulation lumineuse brève (flash) ou à des variations brèves de l’organisation spatiale de la luminance (pattern, multifocal). La réponse obtenue est proportionnelle au nombre de photorécepteurs mis en activité ainsi qu’à la surface rétinienne fonctionnelle. L’ERG peut traduire préférentiellement la réponse du système des cônes ou celle du système des bâtonnets selon la composition (facteurs temporel, énergétique, spatial et spectral) de la stimulation utilisée, l’ambiance dans laquelle est effectué l’examen, l’état d’adaptation de la rétine au moment de l’examen et les caractéristiques anatomo-physiologiques de l’espèce étudiée. Chez l’animal, les stimulations binoculaires de type plein champ sont effectuées sous anesthésie générale. Le signal recueilli (de l’ordre du microvolt) doit être amplifié et filtré. L’ERG est constitué par une succession d’ondes caractérisées par leur morphologie, leur amplitude et leur temps de culmination. L’ERG flash est obtenu en utilisant une stimulation (blanche ou colorée) de niveau lumineux variable (scotopique ou photopique), délivrée à basse fréquence temporelle (0.1Hz-4Hz). La première déflection négative (onde a) reflète la cinétique de l’hyperpolarisation des photorécepteurs. Elle est suivie d’une première déflexion positive (onde b) traduisant l’activité du complexe cellules bipolaires/cellules de Müller et d’une seconde déflexion positive (onde i) traduisant l’activité des cellules ganglionnaires et/ou du nerf optique. L’ERG flicker est obtenu en utilisant le même type de stimulation à haute fréquence temporelle (10Hz-30Hz). L’ERG pattern et l’ERG multifocal permettent d’effectuer des stimulations rétiniennes localisées. Elles sont utilisées, chez l’homme, pour étudier la fonction maculaire. Chez l’animal, l’ERG apporte des renseignements sur le fonctionnement rétinien lorsque le fond d’oeil n’est pas visible (kératites pigmentaires, cataractes, hyalites), lors d’atteintes rétiniennes hérédo-dégénératives (dystrophies, dysplasies des photorécepteurs, etc.) et lors de troubles du comportement impliquant la fonction visuelle. C’est un examen objectif et complémentaire qui doit être replacé dans son contexte clinique. Il permet également de quantifier les effets secondaires des xénobiotiques dans les études pharmacologiques et toxicologiques., Rosolen Serge Georges, Rigaudière Florence. Exploration de la fonction visuelle sensorielle chez l'animal : Deuxième partie : ERG chez l'animal. In: Bulletin de l'Académie Vétérinaire de France tome 157 n°1, 2004. pp. 5-14.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.