Étude de la réponse hémodynamique dans un modèle réussi de vieillissement chez le rat par imagerie optique intrinsèque

REMERCIEMENTSCette thèse n'aurait pas été ce qu'elle est sans la collaboration de plusieurs personnes.Un gros merci à tous ceux qui m'ont aidé lors des expériences à Sacré-Coeur.Merci à Éric Beaumont pour m'avoir enseigné l'art des chirurgies.Merci à Michel Vermeulen pour l'aide technique apportée et pour les nombreuses informations sur les mesures électrophysiologiques.Merci à Caroline Bouchard pour les deux mains supplémentaires fort nécessaires pour sauver les rats et les expériences lors de manipulations difficiles.Et un gros merci pour m'avoir supporté dans mes spleens causés par de trop longues semaines d'expériences.Merci à mes co-directeurs, Éric Beaumont et Guylaine Ferland, pour les tous les conseils apportés.Merci à mon directeur, Frédéric Lesage pour l'aide, la motivation, et le support apportés durant tous le doctorat.J'aurais difficilement pu demander mieux.Un gros merci à Michèle Desjardins et à Élisabeth Rioux pour la lecture et les commentaires apportés dans la rédaction de la thèse.J'aimerais également souligner l'encouragement que ma famille, mes amis et de ma compagne qui m'ont supporté et m'ont permis de me changer les idées durant toutes ces années.Au pont de vue financier, je remercie le RQRV pour l'octroi d'une bourse d'étude et pour avoir mis à notre disposition les colonies de rats sous restriction calorique et de rats LOU pour nous permettre de mener à bien les expériences. R ÉSUM ÉL'enjeu de cette thèse de doctorat est de mesurer les changements de paramètres neurovasculaires et les modifications de la réponse hémodynamique au cours du vieillissement chez le rat.La réponse hémodynamique est le processus par lequel, suite à une augmentation de l'activité neuronale, il se produit une augmentation locale du débit sanguin pour suivre les changements de l'activité métabolique venant de l'activité neuronale.La mesure de la réponse hémodynamique est à la base de l'imagerie fonctionnelle et permet de suivre de façon indirecte les changements d'activité neuronale à travers le couplage neurovasculaire.Toutefois, de nombreuses propriétés physiologiques du cerveau (débit, volume sanguin, compliance des vaisseaux, densité vasculaire, etc.) peuvent être modifiées au cours du vieillissement et affecter le couplage neurovasculaire.Cette thèse vise donc à mieux comprendre les changements de couplage neurovasculaire au cours du vieillissement et leur effet sur les mesures obtenues en imagerie fonctionnelle.Dans le cadre de cette thèse, les changements de réponse hémodynamique ont été mesurés à l'aide d'un système d'imagerie optique intrinsèque(IOI) développé au laboratoire.Cette technique récente d'imagerie cérébrale se base sur les propriétés d'absorption de la lumière visible dans le cortex.La technique a une très bonne résolution spatiale et une faible profondeur de pénétration ce qui en fait une technique très bien adaptée à l'étude chez le rat.En IOI, la lumière visible illumine le cortex et voyage dans la couche superficielle du cerveau avant d'être réfléchie à la surface du cortex et mesurée à l'aide d'une caméra CCD.Lors de sa propagation à travers le cortex, une partie de la lumière est absorbée par les deux principaux chromophores présents (l'hémoglobine et la déoxyhémoglobine).Ainsi, les changements de concentration d'un chromophore peuvent être déterminés à travers des changements d'intensité lumineuse.Ce qui permet ensuite d'étudier les concentrations de sang oxygéné et désoxygéné.En plus des mesures d'IOI, le système mesure simultanément les changements de débit sanguin à travers une mesure par granularité laser.La première partie des résultats mesure les changements de la réponse hémodynamique au cours du vieillissement.Les principales observations consistent en une diminution de l'amplitude de la réponse hémodynamique et une augmentation du temps d'activation de la réponse hémodynamique en fonction de l'âge.On observa aussi des changements spatiaux de la réponse hémodynamique.Ainsi, l'amplitude de la réponse hémodynamique diminue plus lentement en fonction du vieillissement du côté ipsilatéral à la stimulation par rapport au côté contralatéral.La deuxième partie des travaux étudie le couplage neurovasculaire à l'aide de trois modèles v biophysiques distincts.Les trois modèles biophysiques permettent de reproduire les différentes formes de réponse hémodynamique présentes dans nos diverses populations de rats.Une comparaison des modèles par log évidence n'a pas permis de trouver de différence significative entre les performances des trois modèles biophysiques.Toutefois, le modèle Boas-Huppert que nous avons développé montre un avantage par rapport aux autres modèles puisqu'il permet de retrouver certains paramètres neurovasculaire au repos.Les travaux ont permis de confirmer que les trois modèles biophysiques permettent d'estimer les paramètres neurovasculaires avec assez de précision pour effectuer des comparaisons de groupe.Tous trois ont ainsi montré une diminution de la compliance des vaisseaux avec l'âge.La troisième partie des travaux étudie un récent modèle de déconvolution de la réponse hémodynamique se basant sur les filtres de Kalman.Cette déconvolution permet d'estimer la réponse neuronale sur des enregistrements en continu au lieu d'étudier les valeurs moyennées.Les travaux montrent que la déconvolution de la réponse hémodynamique permet de bien estimer l'activité neuronale lorsque cette activité est produite par une stimulation externe.Lorsque l'on s'attarde seulement à l'activité neuronale spontanée (au repos), on observe que l'activité neuronale corrèle faiblement avec l'activité neuronale mesurée par électrophysiologie.Ces résultats indiquent qu'il faut être prudent dans l'interprétation qui est faite de l'activité neuronale spontanée obtenue par déconvolution.vi

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