FUNCTIONAL AND STRUCTURAL TOPOGRAPHY WITHIN CORTICO- SUBCORTICAL LOOPS IN PARKINSON'S DISEASE USING MAGNETIC RESONANCE IMAGING

Abstract

Parkinson’s disease (PD) is a debilitating neurodegenerative disorder due to loss of dopamine producing cells in the substantia nigra. Given the fact that clinical symptoms emerge after a long preclinical period with gradual decline in dopamine production, there is pressing need to advance our understanding about the progression of motor and non- motor symptoms in symptomatic phase of PD. Recent theoretical work and animal models suggest a link between dopamine-dependent loss of neuronal specificity (LOS) in the basal ganglia (BG) and a broad range of symptoms in movement disorders. The overall goal of my thesis project was to test and validate this hypothesis in vivo using non-invasive magnetic resonance imaging (MRI). In a preparatory study for my main experiment, I evaluate how the spatial resolution of different MRI protocols impacts BGs motor somatotopy mapping. The second study tests the LOS hypothesis in PD patients and how functional segregation of motor somatotopy is affected by dopamine substitution. In a following study I expand the LOS hypothesis on the insular cortex, which shares major connections with the BG. My last experiment extends these findings to structural connectivity patterns of projections between thalamus, BG and cortex. I am truly convinced that my thesis project will contribute to advance our understanding of PD pathophysiology that helps monitoring and predicting clinical outcome. -- La maladie de Parkinson (MP) est une maladie neurodégénérative débilitante résultant de la perte des cellules dopaminergiques dans la substance noire. Etant donné l’émergence de symptômes cliniques après une longue période préclinique caractérisée par un déclin progressif de la production de dopamine, il est urgent de faire avancer notre compréhension de la progression des symptômes moteurs et non-moteurs dans la phase symptomatique de la MP. De récents travaux théoriques et modèles animaux suggèrent un lien entre une perte de la spécificité neuronale (PDS) dans les ganglions de la base (GB) dépendant de la dopamine et un large éventail de symptômes dans les troubles du mouvements. L’objectif général de mon projet de thèse était de tester et valider cette hypothèse in vivo en utilisant l’imagerie par résonance magnétique (IRM) non-invasive. Dans une étude préliminaire, j’ai évalué l’impact de la résolution spatiale de différents protocoles IRM sur la cartographie de la somatotopie motrice dans les GB. La deuxième étude teste l’hypothèse de la PDS chez des patients atteints de la MP et comment la ségrégation fonctionnelle de la somatotopie motrice est affectée par la substitution de dopamine. Dans l’étude suivante j’étends l’hypothèse de la PDS au cortex insulaire, qui partage d’importantes connections avec les GB. Ma dernière expérience étend ces découvertes aux patterns de connectivité structurelle entre le thalamus, les GB et le cortex. Je suis sincèrement convaincu que mon projet de thèse contribuera à l’avancée de notre compréhension de la pathophysiologie de la MP qui aide au suivi et à la prédiction de l’issue clinique