Études préliminaires en microscopie non-linéaire et en microscopie confocale de réflexion pour la préparation du suivi optique d’activation cérébrale à grande profondeur et en transcranien chez le diamant mandarin

par Darine Abi Haidar

Thèse de doctorat en Optique. Photonique. Hyperfréquence

Sous la direction de Florent Pigeon.

Soutenue en 2009

à Saint-Etienne .

mots clés

• Diamant mandarin -- Microscopie
• Microscopie confocale
• Microscopie de fluorescence
• Craniométrie

Résumé

Ce mémoire est consacré à des études préliminaires en microscopie de fluorescence sous excitation à deux photons pour sonder les paramètres neuro-physiologiques d’un oiseau chanteur (diamant mandarin) à grande profondeur et en transcranien. Le diamant mandarin est un modèle de première importance dans l’étude de la communication animale par les neuro-éthologistes. Grâce au contraste de réflexion en mode confocal, à la microscopie à deux photons et à la microscopie de génération de second harmonique, nous avons pu caractériser qualitativement et quantitativement les propriétés structurelles et optiques du crâne de cet oiseau. Ce crâne possède une structure multicouche inhabituelle possédant des inhomogénéités d’indice de réfraction importantes à des échelles macro- et microscopiques. D’autre part, l’impact de la structure entière sur la perte de résolution a été évalué en imageant un objet fluorescent à travers celle-ci. Des études d’autofluorescence du cerveau in vivo ont aussi été réalisées avec craniotomie. Cette autofluorescence est principalement due à la nicotinamide adénine dinucléotide, impliquée dans le métabolisme énergétique, mais également aux flavoprotéines. Les expériences réalisées au cours de cette thèse sont destinées à fournir une base méthodologique pour étudier les stratégies optiques à adopter et le signal intrinsèque le plus fiable pour le suivi du métabolisme énergétique et de l’activation cérébrale à grande profondeur et en transcranien

Titre traduit

Preliminary studies in non linear microscopy and in reflectance confocale microscopy for the preparation to the optic monitoring of brain activation with depth and in transcranien of zebra finches

Résumé

The framework of this thesis is to develop two-photon deep imaging (0. 3-1mm deep) for the particular case of brain activation monitoring of songbirds like zebra finches (Taeniopygia guttata). The plan is to study the neuro-mechanisms underlying vocal recognition. In the animal communication field, zebra finches became a widely studied model as they are specialists in sound production and perception, and exhibit interesting social interactions. We present experiments and analyses of confocal reflectance and two-photon microscopy studies of zebra finch skull samples. The thin and hollow structure of these birds’ skull is quite translucent which may allow in vivo transcranial two-photon imaging for brain activation monitoring. However, the skull structure is also quite complex, with high refractive index changes on a macroscopic scale. These studies aim for exploring the geometrical and scattering properties of these skull samples with the use of several confocal microscopy contrasts. Moreover, the study of the axial reflectance exponential decay was used to estimate the scattering coefficients of the bone. Finally, twophoton imaging experiments of a fluorescent object located beneath the skull were carried out. Studies of auto fluorescence of the brain in vivo were also accomplished with craniotomy. This auto fluorescence is in most cases owed to the Nicotinamide adenine dinucleotide, implicated in the energy metabolism, but also to flavus. Experiments accomplished in this thesis are intended to provide a methodological foundation to study optic strategies to be adopted and to analyse the most dependable intrinsic sign for the monitoring of the metabolism and cerebral activation in depth and in transcranien