Déchiffrer la dynamique spatio-temporelle sous-jacente au traitement sensoriel

Quand le cerveau devient seul acteur de nos mouvements !

Ce projet se penche sur l'étude de certaines aires de notre cerveau : Comment nos neurones reçoivent, analysent, et traitent les informations sensorielles qu’ils perçoivent ?

A ce jour, nombre de questions sont en suspens à ce sujet. Tout l'enjeu pour les chercheurs est de comprendre comment nos neurones sont connectés entre eux et comment ils échangent des informations afin de nous éclairer sur leur activité, sans laquelle nous ne serions pas en capacité de percevoir notre environnement proche. 

Au-delà de l'impact scientifique, les résultats de cette étude permettront également de développer des interfaces cerveau-ordinateur fiables, offrant la possibilité de contrôler une machine à partir de l’activité des neurones de notre cerveau. En application directe, de belles perspectives s'ouvrent, telle que la possibilité à une personne tétraplégique de contrôler un bras robotique pour saisir un objet ! On comprend donc tout de suite l’intérêt et la portée d’un tel projet, à long terme, pouvant conduire à l’amélioration, la conception et la mise en œuvre de prothèses robotiques contrôlées par le cerveau ! 

Aussi, pour comprendre comment les neurones interfèrent et échangent des informations entre eux, faut-il développer des outils techniques et analytiques performants. Ces derniers doivent permettre d’enregistrer en même temps un très grand nombre de neurones et d’évaluer statistiquement leurs interactions lorsqu’on les active avec des stimulations sensorielles.

Deux équipes : l’une composée de neurobiologistes, l’autre composée de mathématiciens et de statisticiens, travaillent en étroite collaboration sur ce projet (retrouvez le principal partenaire impliqué dans ce projet en cliquant ici).

L’équipe d’expérimentateurs (neurobiologistes) dispose d’enregistrements de l’activité de plusieurs neurones dans le cortex somesthésique du rongeur, modèle très utilisé pour étudier la neurophysiologie de la perception tactile. L’équipe de statisticiens détient donc de vraies données biologiques pour évaluer les capacités de leur outil mathématique à retrouver les interactions fonctionnelles entre les neurones.

Ce modèle mathématique extrêmement complexe fournira une méthode fiable aux neurobiologistes pour leurs analyses : il leur permettra d’évaluer des interactions entre plusieurs neurones de manière statistique. Malgré la complexité du modèle mathématique et des algorithmes informatiques qui en découlent, les deux équipes travaillent au développement d’un logiciel facile d’utilisation pour les expérimentateurs. Ce nouvel outil d’analyse est en soi une véritable innovation statistique et devrait conduire à une évolution majeure dans ce domaine encore peu développé.

La structuration de toute une communauté locale

Ce projet transdisciplinaire bénéficiera à l’intégralité de la communauté des neurosciences puisque les résultats obtenus dans le cadre de ces études seront mis à disposition de toute la communauté scientifique. Un sous-ensemble des données brutes sera notamment disponible en ligne ainsi que les codes informatiques et une description précise de la manière dont les codes ont été appliqués aux données.

Avec ce projet,  un autre objectif est aussi nourri, ils s'agit de la possible création d’un centre de neurosciences computationnelles et sciences cognitives au sein d'Université Côte d'Azur (UCA) qui fédèrent déjà toutes les forces en son sein. Cette communauté est en cours de structuration grâce à un axe interdisciplinaire nommé : Modélisation Théorique et Computationnelle en Neurosciences et Sciences Cognitives (MTC-NSC), préfigurant au programme structurant de l’IDEX. Ce Centre serait donc fondé sur trois points forts : les modèles mathématiques, statistiques et le développement d’outils de simulation et de calculs.

L’Académie 2 des Systèmes Complexes soutient ce projet en finançant le contrat du doctorant biologiste travaillant sur ce sujet pendant six mois supplémentaires ainsi que les frais de déplacements nécessaires à la coopération des différentes parties prenantes du projet localisées sur différents sites (Paris et Nice).