ED Sciences de la Vie et de la Santé
La maladie d'Alzheimer est-elle propre à l'espèce humaine?
par Clara TOUSSAINT (Immunologie Conceptuelle, Expérimentale et Translationnelle)
Cette soutenance a lieu à 14h00 - Amphithéâtre Université de Bordeaux, Bâtiment BBS, rue Docteur Hoffmann, 33000 Bordeaux
devant le jury composé de
- Maël LEMOINE - Professeur des universités - Université de Bordeaux - Directeur de these
- Marie-Claude POTIER - Directrice de recherche - Sorbonne Université - Rapporteur
- Nicolas VILLAIN - Maître de conférences - praticien hospitalier - Sorbonne université, Paris 6 - Examinateur
- Lara KEUCK - Professeure des universités - Bielefeld University - Rapporteur
- Nora ABROUS - Directrice de recherche - Université de Bordeaux - Examinateur
- Vincent PLANCHE - Professeur des universités - praticien hospitalier - Université de Bordeaux - CoDirecteur de these
La maladie d'Alzheimer (MA) est un immense problème de santé publique dans nos sociétés occidentales vieillissantes. Plus d'un siècle après sa description initiale, la nosologie de la MA ne fait toujours pas consensus. Une vision biologique propose que la seule présence de dépôts extracellulaires de protéines amyloïdes et d'agrégats intracellulaires de protéines tau suffit à sa définition (Jack et al, 2018), ces anomalies étant réputées « causales » selon l'hypothèse de la cascade amyloïde. Pour d'autres auteurs, la biologie seule est insuffisante et doit s'accompagner de signes cliniques évocateurs d'une évolution vers la démence (Dubois et al, 2021), d'autant que les anomalies biologiques peuvent précéder de 10 à 20 ans les symptômes, et que beaucoup de sujets âgés sains porteurs de dépôts amyloïdes ne développeront jamais la maladie. Cette problématique nosologique fait varier la prévalence mondiale estimée de 32 millions (définition démentielle) à 315 millions de personnes (définition biologique) (Gustavsson et al, 2023), avec des implications majeures pour les stratégies diagnostiques et thérapeutiques à venir (biomarqueurs plasmatiques, immunothérapies anti-amyloïdes). Cette problématique se retrouve dans la représentation de la MA au sein du règne animal. Certaines lésions caractéristiques ont été rapportées chez des rongeurs (Inestrosa et al, 2015), des cétacés (Vacher et al, 2022) et des primates (Heuer et al, 2012) âgés, mais ces espèces ne développent pas toutes les caractéristiques de la tauopathie humaine, et l'impact cognitif de ces lésions reste incertain. La notion même de démence, fondée sur la perte d'autonomie dans les gestes quotidiens, demeure une définition anthropocentrée sans équivalent chez l'animal. La MA existerait donc chez l'animal dans une définition biologique minimaliste centrée sur l'amyloïde (AD continuum), mais non selon une définition clinico-biologique. Le premier axe de cette thèse répond à cette question par une revue systématique de la littérature (38 articles, 543 cerveaux de primates non humains, quatre espèces). À l'aide de régressions logistiques, ce travail montre que les plaques amyloïdes suivent une dynamique isométrique, proportionnelle à la longévité de chaque espèce, tandis que les NFT suivent une dynamique chronométrique, apparaissant à un horizon fixe (30 à 50 ans) indépendamment de l'espérance de vie. Cette dissociation challenge l'hypothèse de la cascade amyloïde comme mécanisme universel et suggère que la MA complète n'émerge que lorsque la longévité d'une espèce permet le recouvrement de ces deux processus indépendants. Le deuxième axe se concentre sur des singes ayant reçu des injections de protéines tau pathologiques (+/- co-injection d'Abêta oligomérique). Nous formulons l'hypothèse que l'analyse différentielle des protéomes humains et primates en réponse à ces protéines aidera à identifier des mécanismes de vulnérabilité propres à l'Homme, grâce à la proximité phylogénétique macaque/Homme. Les résultats seront confirmés par Western-Blot ou immunohistochimie. L'identification de mécanismes de résistance chez le macaque, ou de vulnérabilité chez l'Homme, pourrait ouvrir de nouvelles pistes thérapeutiques. Le troisième axe part du constat que la longévité, condition nécessaire à l'apparition d'une MA complète, n'est pas suffisante : encore faut-il que les individus atteints survivent assez longtemps pour que la maladie devienne visible à l'échelle d'une population, ce qui dépend chez l'Homme d'un trait social, le care. Nous développons un modèle mathématique de population structurée en âge, simulé en individu-centré, couplant dynamique démographique et allocation sociale du soin, pour tester si une structure sociale fondée sur le care, indépendamment de la longévité, peut expliquer la spécificité humaine de la prévalence de la MA.
ED Sciences Physiques et de l'Ingénieur
Recalage d'images par réseaux de neurones pour la navigation hybridée
par Simon BERTRAND (Laboratoire de l'Intégration du Matériau au Système)
Cette soutenance a lieu à 9h00 - Amphi JP Dom Laboratoire IMS, 351 Cours de la Libération, A31, 33405 Talence
devant le jury composé de
- Lionel BOMBRUN - Professeur - Bordeaux Sciences Agro - Directeur de these
- Nelly PUSTELNIK - Directrice de recherche - ENS de Lyon - Rapporteur
- Abdourrahmane ATTO - Professeur - Polytech Annecy-Chambéry - Rapporteur
- Mathieu FAUVEL - Directeur de recherche - INRAE - Examinateur
Les systèmes de navigation autonomes reposent largement sur des capteurs inertiels pour estimer leur position et leur orientation au cours du temps. Ces derniers accumulent progressivement des erreurs de mesure, ce qui entraîne une dérive de la trajectoire estimée. En pratique, cette dérive est généralement corrigée à l'aide d'un système de localisation externe tel que le GPS. Lorsque celui-ci devient indisponible, dégradé ou peu fiable, il n'existe pas de solution directe permettant de réinitialiser la dérive inertielle à partir de la seule centrale inertielle. Dans ce contexte, cette thèse explore une approche fondée sur le recalage d'images, consistant à aligner une image SAR acquise à bord avec une image optique géoréférencée afin d'estimer la transformation géométrique entre les deux observations et d'en déduire une correction de position. Le recalage SAR-optique constitue toutefois un problème complexe. Bien que les deux modalités décrivent une même scène, elles reposent sur des principes physiques très différents : l'imagerie optique est liée à la réflectance dans le visible et le proche infrarouge, tandis que le SAR mesure une rétrodiffusion radar influencée par la géométrie de la scène, la rugosité des surfaces, le speckle, la défocalisation ainsi que d'autres effets spécifiques. Ces différences sont amplifiées par les variations de saison, de conditions d'acquisition et de zones géographiques. Dans ce cadre, cette thèse propose plusieurs contributions visant à améliorer la précision, la robustesse et la fiabilité des méthodes de recalage dense pour des applications critiques. La première contribution consiste en la conception du jeu de données MEOW/Europe, un corpus pluriannuel et multi-saisons de couples d'images optiques (Sentinel-2) et radar (Sentinel-1) couvrant l'ensemble du territoire européen, et enrichi d'informations géographiques, temporelles et environnementales. Ce jeu de données constitue un support de référence pour l'apprentissage et l'évaluation des méthodes de recalage multimodal. Il a permis l'étude et la comparaison de différentes architectures de réseaux de neurones dédiées au recalage SAR-optique. Dans un second temps, ces architectures ont été optimisées par une hybridation de modèles, en explorant notamment différents choix d'architectures, de fonctions de similarité et de fonctions de coût. La deuxième contribution propose le modèle RoADNet, une architecture de recalage rigide permettant d'estimer simultanément la translation et l'orientation entre images. Basé sur une inter-corrélation par groupe, le modèle construit un volume de similarité dense dans l'espace roto-translationnel (x,y, theta). Cette approche améliore la robustesse aux désalignements angulaires, au prix d'un compromis entre résolution, précision et coût calculatoire. Enfin, cette thèse s'intéresse à la quantification de la fiabilité des estimations produites. Les cartes de similarité sont transformées en ensembles de solutions plausibles à l'aide de méthodes de prédiction conforme, permettant un contrôle explicite du niveau de risque. L'approche proposée fournit une mesure d'incertitude interprétable : des ensembles de prédictions à forte dispersion spatiale semblent être à rejeter. Elle ouvre ainsi la voie à l'intégration de ces informations d'incertitude dans des filtres de navigation. Des extensions sont également explorées, notamment via des approches de distillation de connaissances visant à réduire la complexité des modèles pour des contraintes embarquées.
Diffusion de nanotubes de carbone unidimensionnels dans un environnement complexe de matière molle
par Rohit MANGALWEDHEKAR (Laboratoire Photonique, Numérique & Nanosciences)
Cette soutenance a lieu à 14h00 - Amphitheatre Institut d'Optique d'Aquitaine Rue François Mitterrand CS30006 33400 Talence Cedex France
devant le jury composé de
- Laurent COGNET - Directeur de recherche - Université de Bordeaux - Directeur de these
- Jean-Pierre DELVILLE - Directeur de recherche - Laboratoire Ondes et Matière d'aquitaine (LOMA) - Examinateur
- Jean-Baptiste MASSON - Directeur de recherche - Institut Pasteur - Rapporteur
- David HOLCMAN - Directeur de recherche - Institute of Biology of ENS (IBENS) - Rapporteur
- Ignacio IZEDDIN - Maître de conférences - ESPCI - Examinateur
- Stephane BANCELIN - Chargé de recherche - Université de Bordeaux - CoDirecteur de these
Le transport d'objets à l'échelle nanométrique dans des environnements complexes sous-tend un large éventail de processus, de l'activité biomoléculaire dans les espaces extracellulaires des tissus au transport de fluides à travers filtres, catalyseurs et réseaux métallo-organiques. Comprendre comment la géométrie des particules interagit avec l'architecture locale pour influencer la diffusion et l'échappement demeure un défi fondamental dans les systèmes biologiques et la matière molle. Si la diffusion anormale de sondes sphériques dans des milieux hétérogènes est bien établie, on sait beaucoup moins comment les molécules anisotropes, unidimensionnelles, explorent les microenvironnements confinés, ni comment leur longueur influence temps de résidence et échappement à travers des passages étroits. Dans ma thèse, j'ai étudié la diffusion de nanotubes de carbone anisotropes dans un système complexe de matière molle. Pour cela, des nanotubes fonctionnalisés par des centres colorés (CCNT), renforçant leur luminescence infrarouge, ont été utilisés et comme modèle biophysique, des gouttelettes d'émulsion densément empilées ont été préparées. Leurs régions interstitielles aqueuses reproduisent en effet des environnements de matière molle tels que les espaces extracellulaires (ECS) du cerveau. Par microscopie de molécules uniques dans le proche infrarouge, en trois dimensions et sur une profondeur de champ étendue, j'ai alors imagé des CCNTs individuels de deux échelles de taille distinctes, différant d'un ordre de grandeur, diffusant en milieu aqueux. Observant un mouvement sous-diffusif et anti-persistant aux deux échelles, nous avons analysé la diffusion dans les géométries locales et sa mise à l'échelle avec la longueur des particules. Pour relier la dynamique locale à la diffusion globale, l'échappement depuis des chambres confinées a été étudié. Malgré une longueur multipliée par dix, les longs CCNT ne mettent qu'environ 1,4 fois plus de temps à s'échapper que les courts. Cette faible dépendance contraste avec les prédictions théoriques simples, qui suggèrent une croissance quasi linéaire avec la longueur. Pour comprendre cet écart, nous avons mesuré directement les orientations azimutale et polaire par microscopie de suivi de l'orientation de particules uniques (SPoT). Ces mesures révèlent que les longs CCNT deviennent contraints en rotation et s'alignent dans les canaux étroits, réduisant leur liberté d'orientation tout en facilitant leur transport à travers le réseau. Ces résultats identifient la frustration géométrique comme un mécanisme fondamental du transport anormal dans les environnements continus structurés. Même sans interactions de liaison ni sites de piégeage discrets, la géométrie seule suffit à générer une dynamique sous-diffusive et anti-persistante, par des interactions répétées avec les parois et un confinement intermittent. L'anisotropie des particules détermine la manière dont cette frustration est résolue, l'alignement induit par le confinement facilitant le transport plutôt que de l'entraver. Ces travaux établissent des principes généraux régissant la diffusion d'objets anisotropes dans les milieux biologiques, poreux et de matière molle. Ces principes fondent de futures recherches en environnements de plus en plus réalistes. Au-delà des nanotubes rigides, des sondes flexibles et déformables permettraient d'étudier comment des propriétés mécaniques telles que la flexion et les fluctuations conformationnelles influencent la diffusion sous confinement. Des systèmes modèles intégrant gradients d'écoulement, interactions biomoléculaires et matrices de type gel pourraient rapprocher architectures simplifiées et espaces extracellulaires biologiques, ouvrant une voie prometteuse pour comprendre les rôles combinés de la géométrie, de la mécanique et de la complexité environnementale dans le transport nanométrique.