Méthodes bayésiennes pour l'analyse de la réponse hémodynamique et de la connectivité fonctionnelle en IRM fonctionnelle : apport à l'étude de la plasticité dans la chirurgie des gliomes de bas grade intracérébraux

par Guillaume Marrelec

Thèse de doctorat en Sciences biologiques

Sous la direction de Habib Benali.

Soutenue en 2003

à Paris 11 .


  • Résumé

    L'IRM fonctionnelle (IRMf) par effet BOLD est une modalité d'imagerie qui permet de suivre de manière dynamique et non invasive les évolutions hémodynamiques qui se produisent dans le cerveau suite à une activité neuronale. L'utilisation de l'IRMf permettrait en particulier de mieux comprendre les phénomènes de plasticité cérébrale qui se produisent dans les pathologies de gliomes de bas grades intracérébraux. Pour cela, il est nécessaire de développer de nouveaux modèles mathématiques. Après avoir présenté le cadre de nos recherches, nous développons le travail effectué sur deux modèles complémentaires dont l'objectif commun est l'étude des phénomènes de plasticité cérébrale. Le premier modèle considère le cerveau comme une boîte noire caractérisée par sa fonction dite de réponse hémodynamique. Nous avons proposé une méthode bayésienne robuste d'inférence de cette réponse, grâce à l'introduction d'information a priori simple mais pertinente sur le processus physiologique sous-jacent. Cette méthode a été généralisée pour pouvoir analyser la plupart des acquisitions d'IRMf mono-événementielles. Un autre modèle considère le réseau des régions qui interviennent dans une tâche donnée. Dans ce cadre, nous avons développé un modèle novateur, reposant sur la théorie des graphes indépendance, qui permet de quantifier les interactions au sein de ce réseau. Nous avons également proposé une méthode bayésienne d'estimation de ces grandeurs. Nous montrons finalement que ces deux approches peuvent être considérées comme deux cas particuliers d'un modèle plus général. Les deux méthodes développées ont été appliquées à des données cliniques afin d'étudier les phénomènes de plasticité cérébrale observé chez des patients atteints de gliomes de bas grades intra-cérébraux. La plupart des résultats obtenus concordent avec ceux de la littérature. D'autres permettent de jeter une nouvelle lumière sur la réorganisation fonctionnelle qui se produit chez les patients.


  • Résumé

    BOLD functional MRI (fMAI) is a recent imaging technique that can be used to dynamically and non-invasively study brain hemodynamic evolutions induced by neuronal activity. Use of fMRI could in particular allow for a better understanding of the plasticity phenomena that occur in the pathology of law-grade gliomas. To this end, development of new mathematical models is necessary. We first briefly introduce functional neuroimaging and the methodological framework of our work. We then develop our research on two complementary models, whose common goal is the study of brain plasticity. The first model considers the brain as a black box characterized by its response function, the so-called hemodynamic response. We proposed a robust Bayesian method to inter this response, through introduction of basic yet relevant a priori information about the underlying physiological process. This method was then generalized to account for most event-related fMRI acquisitions. A second model considers the interactions between regions involved in a given task. We developed a novel model, relying on the theory of independence graphs, that enables the quantification of interactions within this network. We also proposed a Bayesian procedure to estimate these quantities. We finally show that both approaches can be considered as two special cases within a more general model whose further development would allow for a better understanding of brain functional processes as measured by fMRI. Both methods developed were applied to clinical data to investigate brain plasticity observed among patients with law-grade brain gliomas. Most results obtained agree with the litterature. Some cast a new light on the functional reorganization that occurs among patients.

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Informations

  • Détails : XIX-264 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p.247-259. Index

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  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : M/Wg ORSA(2003)260
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