New insights on Thermal Coding in the Rodent Brain using Functional Ultrasound Imaging - PASTEL - Thèses en ligne de ParisTech Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2022

New insights on Thermal Coding in the Rodent Brain using Functional Ultrasound Imaging

Étude des aires cérébrales impliquées dans l’encodage de la sensation thermique chez le rongeur par imagerie ultrasonore ultrarapide

Haritha Koorliyil
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1221547
  • IdRef : 266346332

Résumé

The underlying central mechanisms of thermal coding are very complex and involves mainly the thalamus, somatosensory cortex, insular cortex, cingulate cortex and hypothalamus. The functional dependency of these brain regions in thermal sensation, thermal perception and thermal regulation has been of interest for researchers for decades. The aim of the thesis was to investigate the role of supraspinal circuitry in thermal coding in rodents using a new imaging modality named, functional ultrasound (FUS) imaging. FUS imaging is based on neurovascular coupling i.e., the phenomenon that links neural activity and changes in cerebral blood volume (CBV).Our first study aimed at mapping the matrix of areas activated by innocuous and noxious thermal skin stimulations in anesthetized rats. The outcome of this study was mostly negative. We concluded that innocuous stimuli did not induce any change of CBV. On the contrary, noxious thermal stimulations induced local increase of CBV, but in a non-reproducible manner, due to the physiological factors such as increased arterial blood pressure that leads to high fluctuations in CBV.The second study aimed at deciphering the interplay between the somato-motor, cingulate and hypothalamus regions in thermal processing. We chose to address this question, using FUS imaging on awake and freely moving mice, which allows recording of natural and innate brain responses without the bias of anesthesia. Transcranial FUS imaging was performed while the mice were exposed to either a fixed temperature (neutral 25°C, warm 35°Cand cold 15°C) or varying temperature at a fast and slow pace. Study of the functional connectivity, an indirect measure of brain network’s function and strength, revealed a dichotomy of function between the somato-motor (SM)-cingulate network and the SM-hypothalamic network in cold sensing. Study of the dynamic brain states revealed: i) specific modes for this dichotomy, ii) a mode in which, during static exposure to cold temperature (15°C) the cingulate cortices is differently connected to the other networks studies and finally iii) a ‘resting state’ mode, which is the most frequent of all as is more frequently present at the resting temperature. These results provide key information on the dynamic of networks in cold sensing.
Les mécanismes centraux du codage thermique sont très complexes et impliquent principalement le thalamus, le cortex somatosensoriel, le cortex insulaire, le cortex cingulaire et l'hypothalamus. L'objectif de ce travail de thèse était d'étudier le rôle des circuits supra-spinaux dans le codage thermique chez les rongeurs, grâce à l’imagerie fonctionnelle ultrasonore (FUS). L'imagerie FUS est basée sur le couplage neurovasculaire, phénomène physiologique qui lie l'activité neuronale et les changements du volume sanguin cérébral (CBV).Notre première étude visait à cartographier la matrice des zones activées par des stimulations thermiques cutanées nociceptives ou non chez le rat anesthésié. Le résultat de cette étude a malheureusement été essentiellement négatif. Nous avons conclu que les stimuli non douloureux n'induisaient aucun changement du CBV. A l’inverse, les stimulations thermiques nociceptives induisaient une augmentation locale du CBV, mais de manière non reproductible, en raison de facteurs physiologiques tels que l'augmentation de la pression artérielle qui entraîne de fortes fluctuations du CBV.La deuxième étude visait à déchiffrer l'interaction entre les régions somato-motrices, cingulaires et hypothalamus dans le traitement de la sensation thermique. Nous avons choisi d'aborder cette question en utilisant l'imagerie FUS sur des souris éveillées et libres de leurs mouvements. L'imagerie FUS transcrânienne fut réalisée pendant que les souris étaient exposées à une température fixe (neutre 25°C, chaude 35°C et froide 15°C) ou à une température variable à un rythme rapide et lent. L'étude de la connectivité fonctionnelle, une mesure indirecte de la fonction et de la force des réseaux cérébraux, a révélé une dichotomie de fonction entre le réseau somato-moteur (SM)-cingulaire et le réseau SM-hypothalamique dans la détection du froid. L'étude des états dynamiques du cerveau a révélé i) des modes spécifiques pour cette dichotomie, ii) un mode dans lequel, pendant l'exposition statique à une température froide (15°C), où le cortex cingulaire était connecté différemment aux autres réseaux et enfin iii) un mode "état de repos", qui est le plus fréquent de tous et est significativement plus présent à la température de repos.Ces résultats apportent des informations clef sur la dynamique des réseaux impliqués dans la sensibilité au froid.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03964752 , version 1 (31-01-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03964752 , version 1

Citer

Haritha Koorliyil. New insights on Thermal Coding in the Rodent Brain using Functional Ultrasound Imaging. Imaging. Université Paris sciences et lettres, 2022. English. ⟨NNT : 2022UPSLS011⟩. ⟨tel-03964752⟩
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