Modélisation de la connectivité fonctionnelle cérébrale pour l'exploration de la mémoire de travail et de la pratique méditative

Modeling functional brain connectivity in working memory and meditation tasks

• Auteur / Autrice : Truong-Thanh Hai Nguyen
• Direction : Fabricio Pereira da Silva, Tu-Anh Tran
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biostatistique
• Date : Soutenance le 22/12/2020
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Aide à la Décision pour une Médecine Personnalisée
• Jury : Président / Présidente : Quang Linh Huynh
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fabricio Pereira da Silva, Tu-Anh Tran, Quang Linh Huynh, Daniel Massaro Onusic's
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Quang Linh Huynh, Daniel Massaro Onusic's

Mots clés

Mots clés contrôlés

Axone

Cortex cérébral

Neurones

Cerveau

Mots clés libres

Mri

Imaging Processing

Bold

Deep Learning

Dti

Mri

Brain connectivity

Bold

Meditation

Working memory

Résumé

Le cerveau humain est composé de plus de 10 milliards de neurones, ce qui lui confère une grande puissance de calcul grâce à des réseaux de communication complexes comprenant à la fois des circuits locaux et des réseaux de fibres à longue portée. Les cellules nerveuses du cortex cérébral (matière grise) sont responsables du traitement de l'information tandis que leurs axones (matière blanche) fournissent des canaux de communication entre les régions fonctionnelles et structurelles. Cette thèse porte sur l'analyse des connexions cérébrales. Il existe trois formes différentes de connexions, mais elles sont liées entre elles. Nous explorerons d'abord la connectivité structurelle, puis la connectivité fonctionnelle et enfin la connectivité effective. Ces techniques seront ensuite utilisées pour modéliser la connectivité cérébrale fonctionnelle dans les tâches de mémoire de travail et de méditation.Le maintien d'éléments dans la mémoire de travail implique la coordination active entre le cortex préfrontal et les noyaux gris centraux. Il a été suggéré que ces deux zones doivent être connectées de manière fonctionnelle pour la préservation des informations pertinentes. Cependant, le rôle des régions visuelles du cerveau pendant les tâches de mémoire de travail reste controversé. Cette étude a examiné l'hypothèse selon laquelle les images représentant un contenu spatial sont faiblement représentées dans les noyaux gris centraux par rapport aux images sans contenu spatial.La pratique régulière de méditation est associée à la réduction de l'activité du réseau en mode par défaut (DMN) dans des conditions de repos. En outre, l'activité du DMN s'est également avérée être anti-corrélée avec le CEN pendant les pratiques de méditation, alors que le SN répondait aux aspects de la méditation liés à la conscience. Cependant, il n'est toujours pas clair si ces bénéfices restent sur le long terme ou s'il ne s'agit que d'effets transitoires et ponctuels.

The human brain is made of over 10 billion neurons which provides a great computational power through complex communication networks including both local circuits and long-range fiber pathways. The nerve cells in the cerebral cortex (gray matter) are responsible for processing information while their axons (white matter) that provide communication channels between functional and structural regions. This thesis focuses on analyzing brain connections. There is three different forms of connection but they are related to each other. First we will explore structural connectivity, then functional connectivity and finally effective connectivity. These technics will then be used to model functional brain connectivity in working memory and meditation tasks.Maintaining elements in working memory involves the active coordination between the prefrontal cortex and basal ganglia. It has been suggested that both areas must be functionally connected for the preservation of relevant information. However, it remains controversial the role of visual brain regions during working memory task. This study examined the hypothesis that images depicting spatial contents are weakly represented in the basal ganglia compared to images without spatial content.Regular practices of meditation were associated with the reduction of Default mode network (DMN) activity in resting-state conditions. In addition, the DMN activity was also found to be anticorrelated with the CEN during meditation practices whereas the SN responded to the awareness aspects of meditation. However, it is still not clear whether those benefits remain longer or if they are only transient and punctual effects.