Neurodéveloppement de l'enfant et Exposition environnementale - Etude des associations par IRM multiparamétrique // Childhood neurodevelopment and environmental exposure - A multiparametric MRI association study

Contexte:
L'exposition précoce aux polluants environnementaux est suspectée de pouvoir conduire à des troubles du neuro-développement, en particulier pendant les périodes critiques de la vie telles que la grossesse et la petite enfance. Les polluants atmosphériques contiennent des substances toxiques capables de traverser les barrières placentaire et hémato-encéphalique, affectant directement la maturation neuronale. Elles peuvent altérer les processus de neurogenèse, de synaptogenèse et de myélinisation, entraînant des modifications structurelles et fonctionnelles cérébrales.
Actuellement, la prévalence des troubles du neuro-développement est estimée à environ 12 % de la population française et jusqu'à 17 % aux États-Unis. Ces troubles, comme celui de l'attention avec hyperactivité (TDAH) ou ceux du spectre autistique (TSA), apparaissent généralement pendant l'enfance et persistent souvent à l'âge adulte. En 2010, leur coût annuel était estimé à 21 milliards d'euros en Europe. Ils représentent donc une priorité de santé publique. Ainsi, l'identification de facteurs de risque pourrait permettre de prendre des mesures de prévention efficaces.
A l'IAB de Grenoble, l'équipe d'épidémiologistes du Dr R. Slama et de la Dr C. Philippat a mis en place une cohorte couple-enfant, la cohorte SEPAGES, dédiée à l'étude des relations entre l'exposition précoce à des polluants environnementaux et le neuro-développement de l'enfant. L'équipe a adoptée une stratégie de recueil d'échantillons multiples d'urine au long de la grossesse et après la naissance pour obtenir des mesures précises de l'exposition à ces polluants. En parallèle, au cours du développement, la santé et le comportement de l'enfant ont été évalués grâce respectivement à des examens cliniques et à des batteries de tests. Actuellement, les images cérébrales par IRM de ces enfants à l'âge de 9 ans (cohorte prévue de 200 enfants), qui sont en cours d'acquistion, vont permettre de chercher des informations précieuses sur les associations entre neurodéveloppement et expositions environnementales.
La littérature scientifique a produit des études utilisant la neuroimagerie qui ont permis de montrer des associations entre les expositions à certains polluants environnementaux comme les particules fines (PM2,5) ou environnementaux (bisphénolsA) et des diminutions de volumes de régions fronto-limbiques et de structures profondes telles l'amygdale et l'hippocampe (Zundel et al., 2022). La littérature a montré des modifications de la microstructure de la substance blanche (dérivée de l'IRM de diffusion) dans certains faisceaux de la substance blanche comme le tract cortico-spinal en lien avec des expositions aux phtalates ou aux pesticides organophosphorés (Guxens et al., 2022; Cajachagua-Torres et al., 2024). Et enfin des fonctions cognitives peuvent également être explorées en lien avec l'exposition aux polluants par le biais d'études en IRM fonctionnelle.

Objectif de la thèse:
Cette thèse a pour objectif de chercher des associations entre les marqueurs d'exposition environnementales et la morphométrie cérébrale, l'intégrité de la substance blanche et des fonctions cognitives.
Le travail se situe donc à l'intersection de 3 disciplines: l'épidémiologie, la cognition et la neuroimagerie et sera donc encadré par 3 expertes de ces disciplines.

Description du travail à réaliser:
Le travail réalisé par le doctorant comportera un volet d'analyse d'images IRM avancées (morphométrie cérébrale, étude de la substance blanche, activations cérébrales des fonctions cognitives), un volet cognitif et un volet épidémiologique.
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Background:
Early exposure to environmental pollutants is suspected of leading to neurodevelopmental disorders, particularly during critical periods of life such as pregnancy and infancy. Atmospheric pollutants contain toxic substances capable of crossing the placental and blood-brain barriers, directly affecting neuronal maturation. They can alter the processes of neurogenesis, synaptogenesis and myelination, leading to structural and functional changes in the brain.
The prevalence of neurodevelopmental disorders is currently estimated at around 12% of the French population, and up to 17% in the United States. These disorders, such as Attention Deficit Hyperactivity Disorder (ADHD) or Autism Spectrum Disorder (ASD), generally appear during childhood and often persist into adulthood. In 2010, their annual cost was estimated at 21 billion euros in Europe. They therefore represent a public health priority. Identifying risk factors could lead to effective preventive measures.
At the IAB in Grenoble, the team of epidemiologists led by Dr. R. Slama and Dr. C. Philippat has set up a couple-child cohort, the SEPAGES cohort, dedicated to studying the relationship between early exposure to environmental pollutants and neurodevelopment in children. The team adopted a strategy of collecting multiple urine samples throughout pregnancy and after birth to obtain precise measurements of exposure to these pollutants. In parallel, during development, the child's health and behavior were assessed through clinical examinations and batteries of tests, respectively. At present, MRI brain images of these children at age 9 (planned cohort of 200 children), which are currently being acquired, will provide valuable information on the associations between neurodevelopment and environmental exposure.
The scientific literature has produced studies using neuroimaging that have shown associations between exposure to certain environmental pollutants such as fine particles (PM2.5) or environmental pollutants (bisphenolsA) and decreases in the volumes of fronto-limbic regions and deep structures such as the amygdala and hippocampus (Zundel et al., 2022). The literature has shown changes in white matter microstructure (derived from diffusion MRI) in certain white matter bundles such as the cortico-spinal tract in connection with exposure to phthalates or organophosphate pesticides (Guxens et al., 2022; Cajachagua-Torres et al., 2024). And finally, cognitive functions can also be explored in relation to pollutant exposure through functional MRI studies.

Thesis objective:
The aim of this thesis is to investigate associations between environmental exposure markers and brain morphometry, white matter integrity and cognitive functions.
The work therefore lies at the intersection of 3 disciplines: epidemiology, cognition and neuroimaging, and will therefore be supervised by 3 experts in these disciplines.

Description of the work:
The work carried out by the PhD student will include an advanced MRI image analysis component (brain morphometry, white matter study, brain activations of cognitive functions), a cognitive component and an epidemiological component.
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Début de la thèse : 01/10/2025
WEB : https://cohorte-sepages.fr/

Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)

Concours pour un contrat doctoral

Université Grenoble Alpes

216 ISCE - Ingénierie pour la Santé la Cognition et l'Environnement

Un.e candidat.e ayant un background en sciences cognitives et/ou en analyse d'images et/ou en épidémiologie. Une familiarité avec les outils informatiques est souhaitée pour permettre l'utilisation de méthodes d'analyse avancées.
A candidate with a background in cognitive sciences and/or image processing and/or epidemiology. Skills in computer science is wished to enable the use of advanced analysis methods.