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Étude de la réponse hémodynamique dans un modèle réussi de vieillissement chez le rat par imagerie optique intrinsèque

Simon Dubeau

PhD thesis (2011)

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Cite this document: Dubeau, S. (2011). Étude de la réponse hémodynamique dans un modèle réussi de vieillissement chez le rat par imagerie optique intrinsèque (PhD thesis, École Polytechnique de Montréal). Retrieved from https://publications.polymtl.ca/632/
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Abstract

RESUME L'enjeu de cette these de doctorat est de mesurer les changements de parametres neurovasculaires et les modications de la reponse hemodynamique au cours du vieillissement chez le rat. La reponse hemodynamique est le processus par lequel, suite a une augmentation de l'activite neuronale, il se produit une augmentation locale du debit sanguin pour suivre les changements de l'activite metabolique venant de l'activite neuronale. La mesure de la reponse hemodynamique est a la base de l'imagerie fonctionnelle et permet de suivre de facon indirecte les changements d'activite neuronale a travers le couplage neurovasculaire. Toutefois, de nombreuses proprietes physiologiques du cerveau (debit, volume sanguin, compliance des vaisseaux, densite vasculaire, etc.) peuvent ^etre modiees au cours du vieillissement et aecter le couplage neurovasculaire. Cette these vise donc a mieux comprendre les changements de couplage neurovasculaire au cours du vieillissement et leur eet sur les mesures obtenues en imagerie fonctionnelle. Dans le cadre de cette these, les changements de reponse hemodynamique ont ete mesur es a l'aide d'un systeme d'imagerie optique intrinseque(IOI) developpe au laboratoire. Cette technique recente d'imagerie cerebrale se base sur les proprietes d'absorption de la lumiere visible dans le cortex. La technique a une tres bonne resolution spatiale et une faible profondeur de penetration ce qui en fait une technique tres bien adaptee a l'etude chez le rat. En IOI, la lumiere visible illumine le cortex et voyage dans la couche supercielle du cerveau avant d'^etre re echie a la surface du cortex et mesuree a l'aide d'une camera CCD. Lors de sa propagation a travers le cortex, une partie de la lumiere est absorbee par les deux principaux chromophores presents (l'hemoglobine et la deoxyhemoglobine). Ainsi, les changements de concentration d'un chromophore peuvent ^etre determines a travers des changements d'intensit e lumineuse. Ce qui permet ensuite d'etudier les concentrations de sang oxygene et desoxygene. En plus des mesures d'IOI, le systeme mesure simultanement les changements de debit sanguin a travers une mesure par granularite laser. La premiere partie des resultats mesure les changements de la reponse hemodynamique au cours du vieillissement. Les principales observations consistent en une diminution de l'amplitude de la reponse hemodynamique et une augmentation du temps d'activation de la reponse hemodynamique en fonction de l'^age. On observa aussi des changements spatiaux de la reponse hemodynamique. Ainsi, l'amplitude de la reponse hemodynamique diminue plus lentement en fonction----------ABSTRACT The aim of this thesis is to measure changes in neurovascular parameters and in hemodynamic response in aging rats. The hemodynamic response is the process by which, following an increase of neuronal activity, the blood ow increase locally to follow the changes in metabolic activity from neural activity. Measuring the hemodynamic response is the key process of functional imaging and allows to monitor indirectly changes of neuronal activity through the neurovascular coupling. However, many physiological properties in the brain ( ow, blood volume, vessel compliance, vascular density, etc.) may be modied during aging and aect neurovascular coupling. The thesis aims to better understand the changes in neurovascular coupling during aging and their eect measurements obtained in functional imaging. In this work, changes in hemodynamic response were measured using an intrinsic optical imaging system (IOI) developed in the laboratory. This recent imaging technique is based on the absorption properties of the visible light in the cortex. The technique has a very good spatial resolution and low depth of penetration which makes it well suited to study brain activity in rats. In IOI, visible light illuminates the cortex and travels in the surface layer of the brain before being re ected at the surface of the cortex and measured using a CCD camera. In the journey through the cortex, a part of the light is absorbed by the two main chromophores present (hemoglobin and deoxyhemoglobin). Thus, changes in chromophore concentration can be determined through changes in light intensity. This allows to study the concentrations of oxygenated blood and deoxygenated. In addition to measures of IOI, the system simultaneously measures changes in blood ow through a laser speckle measurement technique. The rst part of the results then shows the changes in the hemodynamic response during aging. The main observations is that during aging we observe a decrease in the amplitude of the hemodynamic response and an increase in the activation time of the hemodynamic response. Age also produce changes of the hemodynamic response. Thus, the amplitude of the hemodynamic response decreases more slowly as a function of aging on the side ipsilateral to stimulation from the contralateral side. The second part of the work studies neurovascular coupling using three dierent biophysical models. The three biophysical models can reproduce the dierent types of hemodynamic response found in our rats population. A comparison of models by log evidence did not foound signicative dierence between the performance of the three models. However, the model-Boas Huppert that we developed has an advantage of nding neurovascular resting

Open Access document in PolyPublie
Department: Institut de génie biomédical
Dissertation/thesis director: Frédéric Lesage, Guylaine Ferland and Éric Beaumont
Date Deposited: 17 Nov 2011 15:45
Last Modified: 24 Oct 2018 16:10
PolyPublie URL: https://publications.polymtl.ca/632/

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