Imagerie multimodale des corrélats vasculaires du vieillissement cérébral

Plusieurs décennies de recherche ont permis de démontrer que le vieillissement a des effets sur une multitudes de composantes du cerveau. En particulier, des preuves s'accumulent à l'effet qu'il existe un lien entre le fonctionnement du cerveau au niveau cognitif et la santé du système vasculaire, notamment le débit sanguin cérébral (DSC) qui diminue avec l'âge, ainsi que la santé cardiorespiratoire qui pourrait corréler à la performance cognitive selon certaines études. Plusieurs techniques d'imagerie cérébrale couramment utilisées en recherche, telles que le signal dépendant du niveau d'oxygénation du sang en imagerie par résonance magnétique (BOLDIRM), se basent sur les corrélats vasculaires de l'activité des neurones. Cela en fait des outils propices pour l'étude des effets vasculaires du vieillissement, qui influencent directement les signaux mesurés. Cette thèse a utilisé plusieurs techniques d'imagerie cérébrale basées sur l'hémodynamique pour étudier les effets du vieillissement sur le cerveau à différentes échelles spatiales, chez l'humain et dans un modèle animal chez le rat. Dans un premier temps, la microscopie biphotonique a été utilisée pour mesurer la vitesse des globules rouges, le diamètre et la densité des capillaires ainsi que l'hématocrite local dans près de 1000 capillaires chez 12 rats Long-Evans jeunes (3 mois) et 12 rats âgés (24 mois) anesthésiés. Il a été mesuré que la vitesse des globules rouges et le diamètre étaient plus élevés dans les capillaires de rats âgés (par 48 et 7% respectivement), tandis que l'hématocrite et la densité volumiques des capillaires étaient plus faibles (par 32 et 20%). Ces résultats suggèrent que la diminution du DSC avec l'âge serait surtout attribuable à une baisse de densité vasculaire. En second lieu, l'IRM et la spectroscopie résolue en temps de vol ont permis de mesurer le débit, l'oxygénation (sO2) et la concentration totale d'hémoglobine (HbT) dans les cerveaux d'humains jeunes (18-30 ans) et âgés (62-72 ans), en plus de la réponse à une tâche cognitive de Stroop en termes de BOLD et de DSC. La capacité cardiorespiratoire des sujets et été mesurée par un test de VO2max. Nous avons mesuré, dans le cortex préfrontal gauche sollicité par la tâche de Stroop, des valeurs plus faibles de DSC (par 19%), sO2 (par 6%) et HbT (par 21%) chez les sujets âgés. Dans le groupe âgé, les mesures de sO2 étaient corrélées à la performance cognitive dans la tâche Stroop ainsi qu'au VO2max, mais pas celles de DSC ni de HbT. Ces résultats suggèrent un effet protecteur de l'exercice physique sur la santé cognitive dans le vieillissement, dont les mécanismes seraient liés à une amélioration de l'oxygénation cérébrale. Enfin, les mêmes groupes de rats jeune et âgé ont été soumis à un stimulus vasodilatateur, l'hypercapnie, afin de mesurer la réponse hémodynamique à l'aide de