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Présentation
Mon travail se situe à la croisée des neurosciences computationnelles, cognitives et systèmes. J'étudie l'apprentissage, la prise de décision et le contrôle exécutif chez les rongeurs et les humains, avec un intérêt particulier pour l'interaction de ces processus avec des variables contextuelles telles que le taux de récompense/punition, l'incertitude et la contrôlabilité.
Je fais partie de l'équipe Computation, Cognition and Neurophysiology (COPHY), et je dirige le groupe Adaptive Control qui a bénéficié d'un financement généreux de l'INSERM, du programme ATIP-AVENIR et de la Commission européenne depuis décembre 2023 (ERC Starting Grant). Son objectif global est de trouver le bon équilibre entre la théorie et l'expérimentation avec les humains et les rongeurs pour favoriser des progrès rapides dans notre compréhension des mécanismes invariants des espèces impliqués dans la régulation de la sélection des actions par des variables contextuelles et les voies neuromodulatrices associées.
Mes projets visent à informer la recherche clinique en neuropsychiatrie, les théories fondamentales du comportement adaptatif et l'intelligence artificielle.
Projet de la bourse ERC Starting Grant
Ce projet a l'ambition de résoudre des problèmes de longue date en neurosciences cliniques et fondamentales.
- Comment la contrôlabilité est-elle signalée et intégrée dans le cerveau en conjonction avec d'autres statistiques environnementales de second ordre (par exemple, taux de récompense, incertitude, volatilité) pour réguler la sélection des actions ?
- Quels sont les déterminants de la signalisation endogène de la sérotonine et comment interagit-elle avec d'autres neuromodulateurs tels que la dopamine et la noradrénaline ?
- Quelles sont les voies neurocognitives médiatrices des effets comportementaux de la sérotonine dans la santé et la maladie ?
Pour répondre à ces questions, les expériences réalisées par le groupe couvrent trois disciplines :
- Neurosciences systèmes. Les vecteurs viraux et les souris transgéniques nous permettent d'enregistrer et de manipuler des populations génétiquement définies de neurones sérotoninergiques à l'aide de techniques basées sur la lumière, telles que l'optogénétique et l'imagerie calcique.
- Neuroscience cognitive. L'imagerie cérébrale nous permet d'enregistrer des proxies de l'activité neuronale dans l'ensemble du cerveau (par exemple, signaux BOLD, oscillations, potentiels évoqués) chez les humains effectuant des tâches cognitives simples (c'est-à-dire compatibles avec les rongeurs) et plus complexes conçues pour dissocier l'influence de la contrôlabilité, de l'incertitude et de l'attente de récompense sur l'apprentissage et la prise de décision.
- Psychiatrie. Tester les patients souffrant de troubles neuropsychiatriques (en particulier, la dépression) nous permet d'évaluer l'impact des dysfonctionnements sérotoninergiques sur l'estimation de la contrôlabilité et les processus cognitifs en aval.
Pour intégrer les données générées par ces trois approches dans un cadre commun capable de répondre à nos hypothèses, deux composantes supplémentaires sont essentielles :
- Modèles computationnels pour leur capacité à sonder des processus cognitifs analogues à travers les tâches et les espèces
- Interventions pharmacologiques pour leur applicabilité aux souris et aux humains.
Méthodes utilisées
Le groupe Adaptive Control travaille avec deux espèces : les humains et (transgéniques) souris. Malgré des différences évidentes dans la neuroanatomie et les capacités cognitives, ces deux modèles sont très complémentaires pour étudier les bases neurocomputationnelles du contrôle adaptatif.
- D'une part, la flexibilité de la cognition humaine permet d'explorer de multiples mécanismes cognitifs (et leur interaction) chez des individus uniques, et les techniques d'imagerie cérébrale (MEG, IRMf) permettent d'évaluer l'impact des tâches cognitives, des troubles et des traitements sur l'ensemble du cerveau avec une relative facilité.
- D'autre part, les lignées transgéniques, les vecteurs viraux et les techniques invasives permises par le modèle murin permettent de mesurer (imagerie calcique, biosenseurs, Neuropixels) et de manipuler (optogénétique) l'activité de neurones génétiquement définis, nous permettant ainsi de tester des hypothèses très contraintes concernant les calculs de petits circuits neuronaux.
La modélisation computationnelle joue un rôle central dans la conception de tâches comportementales capables de capturer les processus analogues (voire homologues) dans les deux espèces et d'interpréter les données dans un cadre unifié.
Compte tenu de notre intérêt pour les systèmes neuromodulateurs, l'observation d'effets similaires après des manipulations pharmacologiques similaires représente une autre étape cruciale de validation et une véritable perspective pour la traduction de la neuroscience systémique en insights psychologiques et cliniques.
Le groupe a un accès direct à de nombreuses ressources pertinentes à distance de marche, notamment :
- Neuroimagerie humaine et électrophysiologie : (f)IRM, PET-(f)IRM, MEG, EEG, sEEG (CERMEP)
- Services de psychiatrie et de neurologie collaborant avec des unités de recherche pour étudier divers troubles (Vinatier, Hopital Neurologique)
- Neuroimagerie murine : microscope à deux photons, microscope confocal, microscopes à fluorescence (Neurocampus)
- Vivarium de pointe avec autorisations pour les approches transgéniques/virales (Neurocampus)
- Cluster informatique performant (IN2P3 et grille interne)
En plus de ces ressources communes, le groupe commande actuellement du matériel auprès de fabricants de premier plan qui sera dédié à notre recherche. Notre priorité est l'acquisition de :
- un appareil de photométrie par fibre multi-animal (jusqu'à 6) ou multi-site (jusqu'à 19) capable d'enregistrer des signaux provoqués par 3 longueurs d'onde d'excitation (415, 465 et 565nm)
- plusieurs appareils pour la stimulation optogénétique des opsin verts et rouges
- un ensemble complet d'enregistrement Neuropixels 2.0
