Implementing advanced neo-associationist analyses of the brain

par Chris Foulon

Thèse de doctorat en Neurosciences

Sous la direction de Michel Thiebaut de Schotten et de Emmanuelle Volle.

Le président du jury était Pascale Pradat-Diehl.

Le jury était composé de Cameron Craddock, Roberto Toro.

Les rapporteurs étaient Laure Zago, Parashkev Nachev.

  • Titre traduit

    Implémentation d'analyses néo-associationnistes avancées du cerveau


  • Résumé

    Les nouvelles techniques d’imagerie cérébrales, notamment les différentes modalités de l’imagerie par résonance magnétique (IRM), permettent pour la première fois dans l’histoire des neurosciences, d’étudier le cerveau humain in vivo. Ces technologies rendent désormais possible l’étude des symptômes provoquées par des lésions cérébrales chez les patients vivants. Mais ceci requiert le développement de nouvelles analyses, adaptées à ces données encore inaccessibles quelques décennies plus tôt. La plupart des méthodes actuelles pour relier des déficits neuropsychologiques aux dommages cérébraux se concentrent sur la région lésée elle même, négligeant les connexions structurelles et fonctionnelles affectées. Dans cette thèse, nous présentons tout d’abord un ensemble de méthodes, implémentées dans notre logiciel, le BCBtoolkit, permettant l’étude des déconnexions à la fois structurelles et fonctionnelles, ainsi que leur impact sur le comportement. Nous avons utilisé ces analyses pour cartographier les effets de lésions focales frontales sur la performance dans la tâche de fluence catégorielle. Nous présentons ensuite deux études dans lesquelles nous avons utilisé ces approches pour étudier les mécanismes cérébraux de plusieurs fonctions associées à la créativité. Et nous terminons cette thèse par une discussion sur les interactions entre les différentes structures du cerveau, qui permettent de générer les comportements humains. Nos études dévoilent la participation de nombreux réseaux, aussi bien structurels que fonctionnels, dans les différentes fonctions cognitives de haut niveau. Nous tentons, ultimement, de modéliser théoriquement leurs interactions.


  • Résumé

    The new brain imaging techniques, notably the different magnetic resonance imaging (MRI) modalities, allow the study of the human brain in vivo for the first time in neuroscience's history. These technologies now make possible to study the symptoms caused by brain lesions in living patients. However, it requires the development of new analyses adapted for this new kind of data which was not available a few decades ago. Most of the classical lesion--symptom analyses are focused on the lesioned area, often neglecting the affected structural and functional connections. In this thesis, we begin by presenting a set of methods, implemented in our software the BCBtoolkit, enabling the study of both structural and functional disconnections and their effect on the behaviour. We applied these analyses to map the impact of focal brain lesions on the performance in category fluency. We then present two studies using this approach to investigate the underlying mechanisms of several cognitive functions associated with creativity. We finally discuss the possible interaction between the different brain structures, which generate human behaviours. Our studies unveil numerous networks, both structural or functional, participating in the different high-level cognitive functions. Ultimately, we propose a theoretical model for these interactions.


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