These 2015 2

Titre :

Intensité métabolique des réseaux de repos en IRMf BOLD et ASL chez le sujet normal, et son application comme biomarqueur en neuro-psychiatrie.

Directeur(s) de Thèse :

Jack FOUCHER MCU-PH

Contact :

Jack FOUCHER
Mail : jack.foucher@gmail.com

Unité(s) d’Accueil(s) :

ICube : Laboratoire des sciences de l’Ingénieur, de l’Informatique et de l’Imagerie, UMR 7357 Université de Strasbourg / CNRS
Equipe IMIS, Imagerie Multimodale Intégrative en Santé
Ecole doctoral Vie et Santé d Strasbourg

Sujet :

Depuis la première description des réseaux de repos en 2004, la recherche les concernant n'a fait que croitre jusqu'à générer des réunions scientifiques qui leur sont entièrement dédiées. Il faut dire qu'il y a un peu de magie dans ces réseaux : il suffit de laisser un individu éveillé penser à ce qu'il veut pendant qu'on réalise une IRMf et par une analyse multivariée appelée ICA (analyse par composante indépendante), on retrouve les différents réseaux dont la co-activité ou la connectivité a spontanément variée durant l'acquisition. Certains de ces réseaux sont extrêmement reproductibles comme le réseau dit "par défaut". Notre équipe a mis au point une séquence IRM originale permettant de mesurer en même temps que le signal BOLD (réseau), un signal ASL (arterial spin labeling). Ce dernier donne une mesure quantitative du débit sanguin cérébral (rCBF). Ainsi, il devient possible de quantifier l'activité de ces réseaux.
Dans un premier temps nous proposons d'étudier le niveau d'activité de ces réseaux chez des sujets sains au repos puis au cours d'une tâche. Par la suite nous confronterons les résultats d'une telle mesure avec ceux d'une autre mesure proposée récemment (2014) comme un substitut au rCBF : l'intensité de leur fluctuations spontanées.
Par la suite nous voulons tester le potentiel de cet indice d'activité métabolique pour différents réseaux qui sont des biomarqueur potentiels de certaines pathologies. Nous proposons de faire dans 2 domaines. Dans le domaine des psychoses nous souhaiterions trouver un biomarqueur de deux sous-formes cliniques présentant des tableaux déficitaires constants : la cataphasie (désorganisation du langage - réseau bitemporal) et la catatonie périodique (désorganisation de la motricité - réseau des noyaux gris). Ils s'agit de deux sous-formes de psychose fréquentes totalisant les 3/4 des formes de psychoses rémittentes progressives (soit environ 15-20% de l'ensemble des troubles psychotiques). Dans le domaine des démences, la mesure d'activité du DMN sera évalué dans le diagnostic différentiel précoce entre une maladie d’Alzheimer (MA) et d'une maladie à corps de Lewy (MCL). MA et MCL sont les principales pathologies cognitives neurodégénératives de la personne âgée et les différencier est particulièrement difficile au début, au stade de troubles cognitifs légers (Mild Cognitive Impairment, MCI). Dans les deux cas, l'enjeu est d’importance de par les conséquences thérapeutique qui en découle.
En pratique, le doctorant apprendra les bases physiques (IRM) et physiologiques des différents signaux BOLD et ASL. Il participera aux visites d'inclusion des patients et à leurs acquisitions. Enfin il apprendra à analyser ces signaux sous Matlab et Medipy. Dans un premier temps le doctorant devra analyser un pool de sujets sains. Puis il étendra son analyse aux groupes de patients. Le doctorant travaillera sur un sujet transversal de l'équipe IMIS (Imagerie Multimodale et Intégrative pour la Santé). Il sera entouré par une équipe multidisciplinaire mêlant expertise en neurosciences, en imagerie et en traitement du signal.

Title

Metabolic activity of rest state networks as measure by BOLD and ASL fMRI in controls and its application as a biomarker in neuro-psychiatry

Subject

Since their first description in 2004, resting state networks have became a hot topic in the literature that has grown up to generate scientific meetings fully dedicated to them. Indeed, there is a little magic in these networks: Simply leave a person awake thinking about what he wants while you take images of his brain with fMRI. Then you analyze the data using ICA (independent component analysis) and you will observe various networks which co-activity or connectivity spontaneously varied during the acquisition. Some of these networks are highly reproducible such as the so called "default mode network". Our team has developed an original MRI sequence which measures simultaneously the BOLD signal on which connectivity measures are based, and ASL signal (arterial spin labeling), which gives a quantitative measurement of cerebral blood flow (rCBF), a marker of brain activity. Thus, it gives a unique opportunity to quantify the activity of these networks. We first propose to study the level of activity of these networks in healthy subjects at rest and during various tasks. Thereafter these results will be compared with those of another measure proposed recently (2014) as a substitute for rCBF: the intensity of spontaneous fluctuations.
Then we plan to test the potential of this "activity index" for different networks that are potential biomarker in pathology. First it will be tested in the field of psychoses as a biomarker of two clinical sub-forms with constant deficits: cataphasia (disruption of language - bitemporal network) and periodic catatonia (disruption of motor skills - basal ganglia network). These are two common forms of psychosis representing ~3/4 of the relapsing progressive forms (approximately 15-20% of all psychotic disorders). In the field of dementia, DMN activity measure will be evaluated as a potential biomarker to disentangle Alzheimer's disease (AD) and a Lewy body disease (MCL) early in the disease process. MA and MCL are the major neurodegenerative cognitive disorders in the elderly and their differential diagnoses is particularly difficult at the stage of mild cognitive impairment (Mild Cognitive Impairment, MCI). In both cases, the stakes are high because of the therapeutic consequences.
In practice, the student will learn the physics and the physiological basis of the different BOLD and ASL contrast. He will attend the inclusion of patients and MRI acquisitions. He will learn how to analyze these signals using the programming language Matlab. At first the student will analyze a pool of healthy subjects. Then extend the analysis to patients.
The student will work on a cross-cutting issue of IMIS team (Integrative Multimodal Imaging dedicated to Health). He will be assisted by this multidisciplinary team gathering experts in neuroscience, brain imaging and data analysis.