Mesure de la consommation cérébrale d'oxygène par IRM du ¹⁷O : développements méthodologiques et étude de la réponse fonctionnelle chez le rongeur

Measurement of the cerebral oxygen consumption by ¹⁷O MRI : methodological developments and study of the functional response in rodents

• Auteur / Autrice : Amélie Tourais
• Direction : Céline Baligand
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et imagerie médicale
• Date : Soutenance le 27/09/2023
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Electrical, optical, bio-physics and engineering
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des maladies neurodégénératives : mécanismes, thérapies, imagerie (Fontenay-aux-Roses, Hauts-de-Seine)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Sciences de l'ingénierie et des systèmes (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Fawzi Boumezbeur
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emmanuel Barbier, Bénédicte Jordan, Rémy Guillevin, Itamar Ronen
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Emmanuel Barbier, Bénédicte Jordan

Mots clés

Mots clés contrôlés

Oxygène

Imagerie

Cerveau

Métabolisme énergétique

Neurosciences

Imagerie par résonance magnétique

Mots clés libres

IRM

Neuroscience

Neuroimagerie

Métabolisme cérébral

IRM fonctionnelle

Noyaux X

MRI

Neuroscience

Neuroimaging

Cerebral metabolism

Functional MRI

X nuclei

Résumé

Le cerveau est un organe complexe avec un métabolisme énergétique qui lui est propre, à propos duquel de nombreuses questions subsistent. Pour produire de l'énergie, les cellules ont recours à un processus de glycolyse, qui peut se poursuivre dans leurs mitochondries avec un second processus de respiration cellulaire. Malgré l'efficacité supérieure de la respiration cellulaire, par rapport à la glycolyse seule, pour produire de l'énergie, les cellules cérébrales pourraient utiliser préférentiellement la glycolyse lors d'une activité présentant un besoin énergétique important. Afin de mieux comprendre ce phénomène, de nombreuses études se sont attelées à mesurer la réponse neurométabolique et neurovasculaire à une stimulation fonctionnelle. Ces travaux ont cependant apporté des résultats controversés, ne permettant pas de savoir à quel point le métabolisme oxydatif est recruté lors d'une activation cérébrale. Dans ce cadre, nous avons implémenté la méthode d'IRM du ¹⁷O pour cartographier CMRO₂ dans le cerveau du rat lors d'une activation cérébrale induite par électrostimulation. Ces travaux ont permis de mesurer une augmentation significative de CMRO₂ de 12 % dans le cortex somatosensorielle activé en accord avec certaines mesures rapportées dans la littérature.

The brain is a complex organ with its own energy metabolism, about which many questions remain. To produce energy, cells rely on a process of glycolysis, which may be continued in their mitochondria with a second process of cellular respiration. Despite the superior efficiency of cellular respiration, compared with glycolysis alone, in producing energy, brain cells may preferentially use glycolysis during an activity presenting a high energy need. To better understand this phenomenon, numerous studies have measured the neurometabolic and neurovascular response to functional stimulation. However, the results of these studies have been controversial, as they do not reveal the extent to which oxidative metabolism is recruited during brain activation. In this context, we implemented an ¹⁷O MRI method to map CMRO₂ in the rat brain during electrostimulation induced brain activation. This work enabled us to measure a significant 12% increase in CMRO₂ in the activated somatosensory cortex, in line with certain measurements reported in the literature.