Equipe : Quintet
Projet de recherche
De l’harmonie à la mélodie : Une exploration interdisciplinaire du répertoire dynamique du cerveau
Résumé du projet
Le projet proposé vise à développer une méthodologie permettant d’identifier les états transitoires significatifs du cerveau autour d’un état fondamental métastable. La manière dont le cerveau passe sans transition, ou « coule », d’un état d’activité de réseau à un autre reste une question ouverte en neurosciences. Les études de neuro-imagerie se sont attachées à cartographier des représentations « statiques » des réseaux fonctionnels cérébraux en calculant la moyenne des interactions dynamiques entre les zones cérébrales sur de longs intervalles d’enregistrement, négligeant ainsi l’importance du temps. En s’inspirant du monde musical, ces représentations statiques des réseaux sont analogues à une harmonie : un ensemble de notes jouées simultanément, comme un accord de piano, qui produit un son caractéristique à l’unisson. Cependant, on ne sait pas exactement comment le vaste répertoire de notes et d’accords possibles du cerveau se succèdent dans une séquence temporelle particulière pour produire la mélodie complexe qui sous-tend les processus mentaux. Pour explorer cette importante question fondamentale, nous nous appuierons sur l’évolution récente des modèles informatiques du cerveau entier capables de produire de longues séries temporelles d’activité neuronale simulée. Nous nous appuierons ensuite sur les récents développements en matière de traitement des signaux graphiques, une technique qui mélange les réseaux et la dynamique, pour caractériser les états cérébraux transitoires à partir des données cérébrales simulées.
Notre projet s’inscrit parfaitement dans les axes de recherche développés à Marseille et nous avons contacté deux équipes locales dont l’expertise sera déterminante pour le bon développement de notre projet : i) Au Centre de Physique Théorique (CPT), nous collaborerons avec le groupe du Dr. Alain Barrat, dont l’expertise porte sur la physique statistique des systèmes complexes et des réseaux temporels. Nous aurons accès à des moyens de calcul : deux machines multi-cœurs, hébergées au CPT. Après évaluation des ressources de calcul nécessaires, nous ferons une demande de temps de simulation au Mésocentre de Calcul (https://equipex-mesocentre.univ-amu.fr/). ii) A l’Institut de Neurosciences de Systèmes (INS), nous collaborerons avec des chercheurs du Groupe de Neurosciences Théoriques, en particulier avec les Dr. Demian Battaglia, Simona Olmi et Dr. David Angulo-Garcia, dont l’expertise porte sur les modèles mathématiques et informatiques des réseaux cérébraux. iii) Un autre collaborateur de choix sera le Dr Alessandro Torcini, qui est affilié au CPT, à l’INS et à l’Institut de Neurobiologie de la Méditerranée (INMed) en tant que Chaire d’Excellence A*Midex et dont les recherches se situent, comme notre projet, à l’intersection des thèmes de ces institutions. Notre proposition sera donc bénéfique pour favoriser les interactions entre ces laboratoires, ouvrant la voie à des collaborations qui se prolongeront bien après la fin de la résidence.
Domaine disciplinaire majeur :
Analyse des réseaux de modèles de neurosciences computationnelles.
