A Very Large Number of GABAergic Neurons Are Activated in the Tuberal Hypothalamus during Paradoxical (REM) Sleep Hypersomnia

We recently discovered, using Fos immunostaining, that the tuberal and mammillary hypothalamus contain a massive population of neurons specifically activated during paradoxical sleep (PS) hypersomnia. We further showed that some of the activated neurons of the tuberal hypothalamus express the melanin concentrating hormone (MCH) neuropeptide and that icv injection of MCH induces a strong increase in PS quantity. However, the chemical nature of the majority of the neurons activated during PS had not been characterized. To determine whether these neurons are GABAergic, we combined in situ hybridization of GAD67 mRNA with immunohistochemical detection of Fos in control, PS deprived and PS hypersomniac rats. We found that 74% of the very large population of Fos-labeled neurons located in the tuberal hypothalamus after PS hypersomnia were GAD-positive. We further demonstrated combining MCH immunohistochemistry and GAD67 in situ hybridization that 85% of the MCH neurons were also GAD-positive. Finally, based on the number of Fos-ir/GAD+, Fos-ir/MCH+, and GAD+/MCH+ double-labeled neurons counted from three sets of double-staining, we uncovered that around 80% of the large number of the Fos-ir/GAD+ neurons located in the tuberal hypothalamus after PS hypersomnia do not contain MCH. Based on these and previous results, we propose that the non-MCH Fos/GABAergic neuronal population could be involved in PS induction and maintenance while the Fos/MCH/GABAergic neurons could be involved in the homeostatic regulation of PS. Further investigations will be needed to corroborate this original hypothesis

Personnalisation des propriétés mécaniques de l'os vertébral à l'aide d'imagerie à basse dose d'irradiation : prédiction du risque de fracture

Given the ageing population, osteoporosis and vertebral fractures are considered as a major public health issue. Vertebral fractures firstly arise without pain, so that two thirds of them commonly escape clinical diagnosis. The cost of preventive treatment is very high and need to identify patients with high risk. Hence, the key issue is to improve the prediction of the vertebral fractures. A low bone mineral density (BMD) assessed by DXA does not always explain prevalent fractures, suggesting that other parameters have to be taken in account. Mechanical approaches based on finite-element models have been proposed to predict strength of osteoporotic vertebrae. However, these models are based on quantitative computed tomography and cannot be used to analyse the whole spine in vivo for patients' follow-up because of the high radiation dose. Thus, the present study proposes subject-specific finite element models based on a low-dose imaging system. They compute a value of the failure load close to the real one (FMEF = 0,94 Fexp +242,6 ; r² = 0,83, IC95% = ± 674 N) with a low numeric cost (about ten minutes), thanks to the assessment of the specific 3D geometry and the specific individual vertebral bone mechanical properties. Indeed, relationships have been proposed in a first experiment, made on 19 vertebrae, to predict the spongious bone mechanical properties from the BMD assessed using the low-dose EOS® device. Moreover, given the lack of information concerning the macro-scale vertebral cortical bone mechanical properties, an original experiment has been carried out to compute the Young's modulus of a cortico-spongious region using an inverse finite-element method. Finally, mechanical tests were made on 15 vertebrae to assess failure loads in order to evaluate the prediction of the model. This work underlines the potential of low-dose X-ray devices to make subject-specific finite-element models that could be clinically used to predict vertebral fracture riskAvec le vieillissement de la population, l'ostéoporose et notamment les fractures vertébrales sont devenues un problème de santé publique majeur. Souvent silencieuses, les premières fractures sont difficiles à diagnostiquer par radiographie, et les 40 000 à 70 000 fractures annuelles recensées en France ne représenteraient finalement qu'un tiers du nombre réel. La prise en charge thérapeutique et la gestion de la dépendance, représentent un poids économique important qui doit être réduit, sans pour autant proposer un traitement préventif systématique, lui aussi coûteux. La mesure de densité minérale osseuse par DXA fait référence en clinique mais n'explique que partiellement la résistance des vertèbres. Aussi, des approches basées sur des modèles en éléments finis construits à partir d'imagerie scanner ont été proposées. Elles ne sont malheureusement pas transposables en clinique pour le suivi de patients sur l'ensemble de la colonne vertébrale, du fait de la dose d'irradiation trop importante. Cette recherche avait donc pour objectif de mettre en place une approche se basant sur une modalité basse dose. Afin d'établir un modèle en éléments finis personnalisé, il est nécessaire d'avoir une géométrie et des propriétés mécaniques personnalisées. Le système EOS (imagerie par rayon X basse dose) permet de proposer une géométrie personnalisée pour un patient donné. Le défi scientifique de cette thèse portait principalement sur l'évaluation des propriétés mécaniques personnalisées à partir de cette imagerie basse dose. Une première étude expérimentale, menée sur 19 éprouvettes, a permis de prédire les propriétés mécaniques de l'os spongieux vertébral (en compression) à partir de la densité minérale osseuse mesurée par le système basse dose EOS®. Parallèlement, pour palier au manque de données mécaniques sur l'os cortical vertébral, une deuxième étude a été réalisée afin d'évaluer les propriétés mécaniques d'un ensemble cortico-spongieux en compression par simulation numérique et méthode inverse à partir de données d'essais mécaniques. Il s'agit là d'une première pour l'étude des propriétés macroscopiques de l'os cortical vertébral. De plus, des essais mécaniques de compression menés sur 15 vertèbres ont permis de constituer une première base de données pour la validation du modèle. A partir de l'ensemble de ces données, un modèle en éléments finis 3D personnalisé à partir d'imagerie basse dose a été construit. Ce modèle donne une estimation prometteuse de l'effort à la rupture des vertèbres (FMEF = 0,94 Fexp +242,6 ; r² = 0,83, IC95% = ± 674 N) avec un temps de calcul restreint (environ 10 minutes). Ce travail souligne l'intérêt des systèmes d'imagerie basse dose pour la construction d'un modèle en éléments finis personnalisé et ouvre de nombreuses perspectives pour l'utilisation clinique de tels outils, afin de prédire le risque de fracture vertébral

Personnalisation des propriétés mécaniques de l'os vertébral à l'aide d'imagerie à basse dose d'irradiation (prédiction du risque de fracture)

Avec le vieillissement de la population, l'ostéoporose et notamment les fractures vertébrales sont devenues un problème de santé publique majeur. Souvent silencieuses, les premières fractures sont difficiles à diagnostiquer par radiographie, et les 40 000 à 70 000 fractures annuelles recensées en France ne représenteraient finalement qu un tiers du nombre réel. La prise en charge thérapeutique et la gestion de la dépendance, représentent un poids économique important qui doit être réduit, sans pour autant proposer un traitement préventif systématique, lui aussi coûteux. La mesure de densité minérale osseuse par DXA fait référence en clinique mais n explique que partiellement la résistance des vertèbres. Aussi, des approches basées sur des modèles en éléments finis construits à partir d imagerie scanner ont été proposées. Elles ne sont malheureusement pas transposables en clinique pour le suivi de patients sur l ensemble de la colonne vertébrale, du fait de la dose d irradiation trop importante. Cette recherche avait donc pour objectif de mettre en place une approche se basant sur une modalité basse dose. Afin d établir un modèle en éléments finis personnalisé, il est nécessaire d avoir une géométrie et des propriétés mécaniques personnalisées. Le système EOS (imagerie par rayon X basse dose) permet de proposer une géométrie personnalisée pour un patient donné. Le défi scientifique de cette thèse portait principalement sur l évaluation des propriétés mécaniques personnalisées à partir de cette imagerie basse dose. Une première étude expérimentale, menée sur 19 éprouvettes, a permis de prédire les propriétés mécaniques de l os spongieux vertébral (en compression) à partir de la densité minérale osseuse mesurée par le système basse dose EOS®. Parallèlement, pour palier au manque de données mécaniques sur l os cortical vertébral, une deuxième étude a été réalisée afin d évaluer les propriétés mécaniques d un ensemble cortico-spongieux en compression par simulation numérique et méthode inverse à partir de données d essais mécaniques. Il s agit là d une première pour l étude des propriétés macroscopiques de l os cortical vertébral. De plus, des essais mécaniques de compression menés sur 15 vertèbres ont permis de constituer une première base de données pour la validation du modèle. A partir de l ensemble de ces données, un modèle en éléments finis 3D personnalisé à partir d imagerie basse dose a été construit. Ce modèle donne une estimation prometteuse de l effort à la rupture des vertèbres (FMEF = 0,94 Fexp +242,6 ; r = 0,83, IC95% = +- 674 N) avec un temps de calcul restreint (environ 10 minutes). Ce travail souligne l intérêt des systèmes d imagerie basse dose pour la construction d un modèle en éléments finis personnalisé et ouvre de nombreuses perspectives pour l utilisation clinique de tels outils, afin de prédire le risque de fracture vertébral.Given the ageing population, osteoporosis and vertebral fractures are considered as a major public health issue. Vertebral fractures firstly arise without pain, so that two thirds of them commonly escape clinical diagnosis. The cost of preventive treatment is very high and need to identify patients with high risk. Hence, the key issue is to improve the prediction of the vertebral fractures. A low bone mineral density (BMD) assessed by DXA does not always explain prevalent fractures, suggesting that other parameters have to be taken in account. Mechanical approaches based on finite-element models have been proposed to predict strength of osteoporotic vertebrae. However, these models are based on quantitative computed tomography and cannot be used to analyse the whole spine in vivo for patients follow-up because of the high radiation dose. Thus, the present study proposes subject-specific finite element models based on a low-dose imaging system. They compute a value of the failure load close to the real one (FMEF = 0,94 Fexp +242,6 ; r = 0,83, IC95% = +- 674 N) with a low numeric cost (about ten minutes), thanks to the assessment of the specific 3D geometry and the specific individual vertebral bone mechanical properties. Indeed, relationships have been proposed in a first experiment, made on 19 vertebrae, to predict the spongious bone mechanical properties from the BMD assessed using the low-dose EOS® device. Moreover, given the lack of information concerning the macro-scale vertebral cortical bone mechanical properties, an original experiment has been carried out to compute the Young s modulus of a cortico-spongious region using an inverse finite-element method. Finally, mechanical tests were made on 15 vertebrae to assess failure loads in order to evaluate the prediction of the model. This work underlines the potential of low-dose X-ray devices to make subject-specific finite-element models that could be clinically used to predict vertebral fracture risk.PARIS-Arts et Métiers (751132303) / SudocSudocFranceF

The link between tissue elasticity and thermal dose in vivo

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The link between tissue elasticity and thermal dose in vivo

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Three-dimensional kinematics of temporo-mandibular joints with moderate dysfunctions compared with the asymptomatic behaviour

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Three dimensional functional analysis of the human mandibular movements

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Clinical outcomes and functional recovery after temporomandibular joint replacement: a six-month follow-up study

International audienceTemporomandibular joint replacement (TMJR) is recognized to solve pain and functional limitations when other less invasive strategies failed. TMJR consists in condyle osteotomy (leading to the section of the lateral pterygoid muscle) followed by the fixation of the fossa and the mandibular components. The surgery leads to immediate pain relief and a progressive increase of the mouth opening, assessed by the gap between the upper and lower incisal teeth. Other parameters were rarely considered such as the trajectories of mandibular landmarks (Wojczynska et al. 2019). Our study combines the assessment of the quality of life (QoL) outcomes with quantitative functional measurements – electromyography (EMG) of the masticatory muscles and 3 D mandibular motions – in order to evaluate the mid-term effects of TMJR

Evolution of the activity of the masticatory muscles before and after temporomandibular joint replacement: a clinical and functional study

International audienceTemporomandibular joint replacement (TMJR) is the last resort in the management of end-stage TMJ disorders or diseases. There is a clear consensus about the indications for TMJR and a recent increase of the studies concerning the clinical outcomes (Johnson et al. 2017). The functional recovering, after the surgery, is usually assessed by the maximal incisal opening, but few studies have investigated other functional aspects (Wojczynska et al. 2019). Our goal is to analyse the 3 D kinematic analysis of the mandible combined with electromyography (EMG) of the masticatory muscles to study the functional abilities before and after total TMJR. This paper focuses on the evolution of the muscular activities before and after the surgery, for two patients followed during one year and compared with an asymptomatic group

Le sommeil paradoxal: son contrôle par l’hypothalamus

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