Changement d'activité cérébrale lors de la transition comportementale entre activité et repos et relation avec la propension aux crises d'absence // Brain activity switching at behavioral transition between activity and rest & relation to absence seizure

Cette proposition porte sur les crises d'absence, qui ne se manifestent pas par des convulsions mais par de brèves interruptions du comportement (d'une durée de quelques dizaines de secondes) associées à une série de décharges EEG intenses, réparties dans les régions corticales et sous-corticales. Bien qu'un ensemble d'études ait clarifié la distribution temporelle fine de l'activité cérébrale qui précède et peut déclencher une crise d'absence (à l'échelle des secondes), élucider la manière dont les crises émergent dans le contexte plus large d'un animal au comportement normal (à l'échelle des heures à des jours) reste un défi expérimental. En utilisant plusieurs capteurs in vivo pour identifier les périodes d'activité et de repos, nous avons révélé une organisation spécifique des crises d'absence, qui ont tendance à se regrouper en salves sur une période de 4 minutes, avec une multiplication par quatre de la densité des crises autour de la transition entre l'activité et le repos [Tran 2024]. Ce résultat est en accord avec les études suggérant que les voies régulant l'éveil et le sommeil jouent un rôle dans le contrôle des crises chez l'humain [Bagshaw 2017]. Ainsi, élucider comment le cerveau reconfigure son activité lors des transitions entre états comportementaux d'activité et de repos pourrait aider à définir le contexte d'activité cérébrale qui favorise la génération de crises d'absence.
Dans ce projet, nous proposons de combiner deux techniques complémentaires que nous avons développées pour l'exploration in vivo chez le rat, en comparant une lignée génétique avec des crises d'absence à des animaux témoins. Le premier outil est l'échographie fonctionnelle (fUS) associée à l'EEG sur rat mobile, permettant l'imagerie des variations hémodynamiques avec une sensibilité suffisante pour détecter des événements épileptiques uniques [Sieu 2015, Bergel 2020]. Contrairement à l'IRMf, qui nécessite un sujet immobile et la répétition de plusieurs séquences identiques pour extraire un signal lié au taux d'oxygène dans le sang, la fUS mesure en temps réel volume sanguin cérébral (CBV)), sur toute la hauteur du cerveau du rat (15 mm), avec une résolution spatiale de l'ordre de 150 m. Le deuxième outil consiste en un ensemble de marqueurs d'activité, comprenant le mouvement des yeux (électro-oculographie, EOG), le tonus musculaire du cou (électromyographie, EMG) et le déplacement de la tête (accéléromètre, ACCEL), qui permettent de classer le comportement en états d'activité et de repos dans des enregistrements acquis en continu pendant plusieurs jours [Tran 2024]. En intégrant ces deux approches, nous pourrons suivre simultanément les changements hémodynamiques et classer les états comportementaux en activité et en repos sur des enregistrements continus s'étalant sur plusieurs jours, permettant ainsi l'étude de la reconfiguration cérébrale lors des transitions entre les états comportementaux et de sa relation avec la propension aux crises.
Nous étudierons les modifications de l''activité cérébrale associées aux transitions entre l'activité et le repos. En particulier, nous caractériserons la dynamique des principales régions cérébrales lors de l'activation et de l'inhibition de leur activité chez l'animal témoin et comparerons cette séquence à celle observée chez les rats épileptiques. De plus, nous analyserons les données hémodynamiques afin d'identifier les corrélats des regroupements de crises, révélant les schémas d'hypoperfusion et d'hyperperfusion dans les régions cérébrales favorisant les crises d'épilepsie. Contrairement aux études précédentes qui se sont concentrées sur les variations à court terme associées au déclenchement des crises, notre approche mettra en évidence des tendances plus lentes conduisant à un état propice aux crises, ce qui pourrait ouvrir la voie de nouvelles cibles thérapeutiques.
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This proposal focuses on absence seizures, which manifest not as convulsions but as brief (lasting tens of seconds) cessations of behavior associated with a train of intense EEG discharges, distributed across cortical and subcortical areas. While a body of studies has clarified the fine temporal distribution of cerebral activity that precede and may initiate one absence seizure (on the scale of seconds), elucidating how seizures emerge in the broader context of an otherwise normally behaving animal (on the scale of hours to days) have remained an experimental challenge. By employing multiple in vivo sensors to identify periods of activity and rest, we have revealed a specific organization of absence seizures, which tend to cluster in bursts over a 4-minute period, with a four-fold increase in seizure density around the transition between activity and rest [Tran 2024]. This aligns with findings suggesting a role for sleep/wake pathways in controlling seizures in humans [Bagshaw 2017]. Thus, elucidating how the brain reconfigures its activity during transitions between behavioral states of activity and rest could help identify the cerebral conditions that promote generation of absence seizures.
In this project we propose to combine two complementary techniques that we developed for in vivo exploration in rats, comparing a genetic line with absence seizures to control animals. The first tool is functional ultrasound coupled with EEG in freely moving rats, enabling the imaging of hemodynamic changes with a sensitivity sufficient to detect single epileptic events [Sieu 2015, Bergel 2020]. Unlike fMRI, which requires an immobile subject and the repetition of multiple identical sequences to extract a signal related to oxygen blood level, fUS measures the Cerebral Blood Volume (CBV), across the entire height of the rat brain (15mm), with a spatial resolution of approximately 150 m. The second tool consist of a set of activity markers, including eye movement (electro-oculography, EOG), neck muscle tone (electromyography, EMG) and head displacement (accelerometer, ACCEL), that allows to classify behavior into states of activity and rest in recordings continuously acquired for several days [Tran 2024]. By integrating these two approaches, we can simultaneously track hemodynamic changes and classify behavioral states into activity and rest over continuous recordings spanning several days, thus allowing the study of brain reconfiguration during transitions between behavioral states and how it relates to seizure propensity.
We will investigate changes in brain activity associated with transitions between activity and rest. Specifically, we will characterize the dynamic of major brain regions as they switch on and off in control animal and compare this sequence to that observed in epileptic rats. Additionally, we will analyze hemodynamic data to identify correlates of seizure clusters, revealing the hypoperfusion and hyperperfusion patterns in brain areas that favor epileptic seizure. Unlike previous studies that focused on short term variations linked to seizure onset, our approach will uncover slower trends leading to a seizure-prone state, potentially highlighting new therapeutic targets.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Contrat doctoral

Concours pour un contrat doctoral

Sorbonne Université SIS (Sciences, Ingénierie, Santé)

158 Cerveau, cognition, comportement

expérimentation animale (rongeurs)
animal experiment (rodents)