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International audience; Background/objectives: While excessive food consumption represents a key factor in the development of obesity, the underlying mechanisms are still unclear. Ghrelin, a gut-brain hormone involved in the regulation of appetite, is impaired in obesity. In addition to its role in eating behavior, this hormone was shown to affect brain regions controlling reward, including the striatum and prefrontal cortex, and there is strong evidence of impaired reward processing in obesity. The present study investigated the possibility that disrupted reward-related brain activity in obesity relates to ghrelin deficiency.Subjects/methods: Fifteen severely obese subjects (BMI > 35 kg/m(2)) and fifteen healthy non-obese control subjects (BMI < 30 kg/m(2)) were recruited. A guessing-task paradigm, previously shown to activate the ventral striatum, was used to assess reward-related brain neural activity by functional magnetic resonance imaging (fMRI). Fasting blood samples were collected for the measurement of circulating ghrelin.Results: Significant activations in the ventral striatum, ventromedial prefrontal cortex and extrastriate visual cortex were elicited by the fMRI task in both obese and control subjects. In addition, greater reward-related activations were present in the dorsolateral prefrontal cortex, and precuneus/posterior cingulate of obese subjects compared to controls. Obese subjects exhibited longer choice times after repeated reward and lower circulating ghrelin levels than lean controls. Reduced ghrelin levels significantly predicted slower post-reward choices and reward-related hyperactivity in dorsolateral prefrontal cortices in obese subjects.Conclusion: This study provides evidence of association between circulating ghrelin and reward-related brain activity in obesity and encourages further exploration of the role of ghrelin system in altered eating behavior in obesity.

National audience

International audience; The brain is highly enriched in long chain polyunsaturated fatty acids (LC-PUFAs) that display immunomodulatory properties in the brain. At the periphery, the modulation of inflammation by LC-PUFAs occurs through lipid mediators called oxylipins which have anti-inflammatory and pro-resolving activities when derived from n-3 LC-PUFAs and pro-inflammatory activities when derived from n-6 LC-PUFAs. However, whether a diet rich in LC-PUFAs modulates oxylipins and neuroinflammation in the brain has been poorly investigated. In this study, the effect of a dietary n-3 LC-PUFA supplementation on oxylipin profile and neuroinflammation in the brain was analyzed. Mice were given diets deficient or supplemented in n-3 LC-PUFAs for a 2-month period starting at post-natal day 21, followed by a peripheral administration of lipopolysaccharide (LPS) at adulthood. We first showed that dietary n-3 LC-PUFA supplementation induced n-3 LC-PUFA enrichment in the hippocampus and subsequently an increase in n-3 PUFA-derived oxylipins and a decrease in n-6 PUFA-derived oxylipins. In response to LPS, n-3 LC-PUFA deficient mice presented a pro-inflammatory oxylipin profile whereas n-3 LC-PUFA supplemented mice displayed an anti-inflammatory oxylipin profile in the hippocampus. Accordingly, the expression of cyclooxygenase-2 and 5-lipoxygenase, the enzymes implicated in pro- and anti-inflammatory oxylipin synthesis, was induced by LPS in both diets. In addition, LPS-induced pro-inflammatory cytokine increase was reduced by dietary n-3 LC-PUFA supplementation. These results indicate that brain n-3 LC-PUFAs increase by dietary means and promote the synthesis of anti-inflammatory derived bioactive oxylipins. As neuroinflammation plays a key role in all brain injuries and many neurodegenerative disorders, the present data suggest that dietary habits may be an important regulator of brain cytokine production in these contexts.

The objective of this thesis was to explore the potential of human brain ultrasound imaging. Anatomy, blood flow and soft tissue stiffness have already been studied with ultrafast ultrasound imaging in humans and validated in several organs, such as, the breast and liver but not yet on the adult brain. The main limitation of transcranial ultrasound imaging is today the very strong skull-induced aberration artefact. Indeed, the bone, due to its composition, does not allow for ultrasound propagation as elsewhere in the human body. Therefore, this thesis was focused on the development of ultrafast ultrasound imaging for the evaluation of soft tissue stiffness and neurofunctional imaging in the adult human brain, during brain surgery to bypass the problem of skull aberration, and on an aberration correction technique for transcranial ultrasound imaging.We first provided several evidence of the benefit of using shear wave elastography during brain surgery. We also presented our new technique for 3D shear wave elastography using a matrix array in order to be able to overcome the limitations of 2D imaging and in particular to reduce the operator dependence.In a second phase, we demonstrated the capability of ultrasound to identify, map and differentiate in depth cortical regions of activation in response to a stimulus, both in awake patients and in anaesthetized patients. We have demonstrated that ultrasound neurofunctional imaging has the potential to become a comprehensive modality of neuroimaging with major benefits for intraoperative use. In a third part, we developed a new sound speed estimation (SSE) technique, based on a three-step technique that estimates the sound speed accurately corresponding to the illuminated medium. This technique was tested in ultrasound phantoms and in vivo in patient’s liver. In both cases, our method was able to find the sound speed corresponding to the medium. We demonstrated that SSE was related to the fat fraction. This analysis led to the conclusion that SSE was able to distinguish a healthy liver from a diseased liver with both biopsy and MRI as gold standard. Combined with the use of the Wood’s formula, we were even able to access a fat fraction measured by non-invasive ultrasound. Finally, by combining the phase, the amplitude and the sound speed estimation, we have developed a new aberration correction algorithm to perform transcranial ultrasound imaging. By performing numerical simulations, we obtained images that faithfully represented the medium (lateral position and depth) and characterized by one resolution and one contrast similar to those obtained with a punctual source in the medium; L'objectif de cette thèse était d'explorer le potentiel de l’imagerie du cerveau humain par ultrasons. L'anatomie, le flux sanguin et la rigidité des tissus mous ont déjà été étudiés avec l'imagerie ultrasonore ultrarapide chez l'homme et validés sur plusieurs organes, tels que le sein et le foie, mais pas encore sur le cerveau adulte. La principale limitation de l'imagerie échographique transcrânienne est aujourd'hui le très fort artefact d'aberration induit par le crâne. En effet, l’os, de par sa composition ne permet pas la propagation des ultrasons comme ailleurs dans le corps humain. Dans cette thèse, nous avons utilisé l'imagerie ultrasonore ultrarapide pour l'évaluation de la rigidité des tissus mous et l'imagerie neurofonctionnelle dans le cerveau humain adulte, lors de chirurgies du cerveau afin de contourner dans un premier temps le problème des aberrations induites par le crâne. La dernière partie de cette thèse était axée sur la correction d’aberration pour l’échographie quantitative et l’imagerie ultrasonore transcrânienne. Nous avons tout d’abord fourni plusieurs preuves de l'intérêt d'utiliser l’élastographie par onde de cisaillement pendant la chirurgie du cerveau. Nous avons également présenté notre nouvelle technique d’élastographie par onde de cisaillement en 3D à l'aide d'une sonde matricielle dans le but de pouvoir dépasser les limitations du 2D et notamment être moins dépendant de l’opérateur.Dans un second volet, nous avons démontré la capacité des ultrasons ultrarapides à identifier, cartographier et différencier en profondeur les régions d'activation corticales en réponse à un stimulus, à la fois chez les patients éveillés et chez les patients anesthésiés. Nous avons démontré que l'imagerie neurofonctionnelle par ultrasons a le potentiel de devenir une modalité complète de neuroimagerie avec des avantages majeurs pour une utilisation peropératoire.Dans un troisième volet, nous avons utilisé une technique en trois étapes pour calculer précisément la vitesse du son (SSE) dans un milieu. Cette technique a été testée dans des fantômes ultrasonores et in vivo dans les foies de patients. Dans les deux cas, notre méthode a été capable de trouver la vitesse du son correspondant au milieu. Nous avons démontré que la SSE était liée à la fraction de graisse. Cette analyse a permis de conclure que la SSE était en mesure de distinguer un foie sain et d’un foie malade aussi bien avec la biopsie qu’avec l’IRM comme méthode de référence. Combiné à l'utilisation de la formule de Wood, nous avons même pu avoir accès à une fraction de graisse mesurée par ultrasons de manière non invasive. Puis nous avons combiné la correction d’aberration de phase, d'amplitude et de vitesse du son pour faire de l’imagerie transcrânienne en simulation numérique. Nous avons atteint notre objectif en obtenant des images représentant fidèlement le milieu (position latérale et profondeur) et caractérisées par une résolution et un contraste similaires à ceux obtenus avec une source ponctuelle dans le milieu

The purpose of this work is to improve the biofidelity of the human body models. The work is focused on the human head as it is one of the most injured part. In order to improve the traumatic brain injury onset and mechanism, the biofidelity of the head models has to be increased, thus, the fluids embedded inside the head has to be taken into account. Nevertheless, the modelling of the interactions occurring between the viscous corporal fluids and the soft matter as the brain remains a challenge. This study intends to investigate the fluid-structure interactions between a soft structure and a fluid. Firstly, in order to found the most relevant methods to solve the problem, a deep literature survey has pointed-out all the numerical methods available nowadays. Secondly, in a previous PhD work an experimental test has been carried-out to demonstrate the influence of the cerebrospinal fluid on the brain kinematics under dynamical load case. On one hand, the Silicon Sylgard 527 gel used as brain substitut has been characterized . Subsequently the partitioned coupling methods available in LS-Dyna ICFD have been assessed to model the experiment. Although, the previous characterized gel model has been used, the experiment has been unsuccessfully completed. Accordingly, it has been decided to develop an in-house coupling code. Thirdly, a partitioned coupling code has been developed. It is a middleware in C++ between two well establishing solvers OpenFOAM and LS-Dyna respectively for the fluid and the solid. Because there is very few experimental tests for the coupling code validation, it has been carried-out in this work a fluid-structure interaction experiment involving a soft plate in a wind channel. This appealing experiment allows the scientific community to validate easily their coupling algorithms. Subsequently, the developed coupling code is used to model the wind channel. The results depict a good overall agreement between the experiment and the simulation. Nonetheless, in order to get validated results further investigation are required mainly about the flow modelling.; Ces travaux visent à améliorer la biofidélité des modèles virtuels de l’être Humain. Les statistiques montrent que la tête humaine est fréquemment sujette à des traumatismes cérébraux, des lésions et autres blessures. Une attention particulière sera donc donnée à la modélisation de la tête. Afin de mieux prédire les mécanismes lésionnels de la tête, la biofidélite des modèles doit être améliorée, pour cela les effets du fluide situé à l’intérieur de la tête doivent être pris en compte. Cependant, la modélisation des interactions entre un fluide corporel visqueux et un matériau mou comme le cerveau reste un verrou scientifique. Il est proposé d’étudier en détail la modélisation des interactions fluide-structure entre un fluide et un corps mou. Premièrement, une étude bibliographique détaillée sur les méthodes numériques de modélisation des interactions fluides-structure a permis d’évaluer chacune d’elles et de juger de celle qui est la mieux adaptée pour la résolution de la problématique. Deuxièmement, lors de travaux de thèse précédents, une expérience a été réalisée montrant l’influence du liquide cérébrospinal sur la cinématique du cerveau lors d’un chargement dynamique. Cette expérience est utilisée dans un premier temps pour caractériser numériquement le gel silicone Sylgard 527 utilisé comme substitut de cerveau. Dans un second temps des méthodes de couplage partitionné disponible dans le code commercial LS-Dyna ICFD sont utilisées pour modéliser l’expérience. Bien que les modèles de gel précédemment caractérisés ont été utilisés, la version avec fluide n’a pas pu être modélisée avec succès. Troisièmement, un code de couplage partitionné est donc développé. Il consiste en un middleware écrit en C++ couplant deux codes éprouvés, OpenFOAM et LS-Dyna pour la modélisation du fluide et du solide respectivement. De plus, parce que très peu d’essais expérimentaux utilisables pour la validation de code d’interaction fluide-structure sont disponibles dans la littérature, une expérience permettant cela a été réalisée dans une soufflerie. La comparaison des prédictions numériques avec les résultats expérimentaux est prometteuse et donne des résultats globaux satisfaisants. Les points qui ne peuvent pas être validés nécessitent de plus amples investigations et permettront d’améliorer les techniques de modélisations et le développement du code.

International audience; Savoir s'adapter aux changements, être mentalement flexible… Le cortex préfrontal gère ces aptitudes précieuses pour innover. Mais c'est probablement quand il fonctionne au ralenti que nous sommes les plus créatifs.

A solution for discrete multi-exponential analysis of T(2) relaxation decay curves obtained in current multi-echo imaging protocol conditions is described. We propose a preprocessing step to improve the signal-to-noise ratio and thus lower the signal-to-noise ratio threshold from which a high percentage of true multi-exponential detection is detected. It consists of a multispectral nonlinear edge-preserving filter that takes into account the signal-dependent Rician distribution of noise affecting magnitude MR images. Discrete multi-exponential decomposition, which requires no a priori knowledge, is performed by a non-linear least-squares procedure initialized with estimates obtained from a total least-squares linear prediction algorithm. This approach was validated and optimized experimentally on simulated data sets of normal human brains.