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Questions et objectifs

Premièrement, nous visons à développer des paradigmes comportementaux fondés sur la théorie pour disséquer la hiérarchie représentationnelle, du traitement sensoriel (par exemple, le codage du mouvement visuel) à la sortie motrice (par exemple, les mouvements oculaires) et aux fonctions cognitives (par exemple, l’attention, la prise de décision, la confiance) contribuant au comportement adaptatif. Deuxièmement, nous visons à identifier les calculs sous-jacents et à les lier à la dynamique neuronale à plusieurs échelles, allant des populations locales (par exemple, dans le cortex fronto-pariétal ou les ganglions de la base) aux cartes fonctionnelles (par exemple, à travers le cortex occipito-pariéto-frontal) et aux réseaux récurrents (par exemple, boucles FEF-LIP, cortico-striatales).

Méthodes

Nous étudions les calculs neuronaux qui sous-tendent les comportements à la fois visuellement complexes et naturalistes (par exemple, l’intégration visuomotrice, la recherche de nourriture) grâce à une approche comparative englobant les humains, les macaques, les ouistitis, les rongeurs et les poissons (Fig. 1 a, b). Nous avons développé des dispositifs de réalité virtuelle haut de gamme spécifiques pour simuler des contextes visuomoteurs écologiques qui suscitent des comportements naturalistes.

Nous combinons nos paradigmes avec des enregistrements physiologiques, mesurant le comportement, d’une part, avec l’oculométrie, la surveillance vidéo et la technologie de pointe de l’IA (ex: DeepLabCut), et d’autre part, mesurant la dynamique des populations neuronales à différentes échelles spatio-temporelles en utilisant des techniques telles que les sondes NeuroPixels, les réseaux d’Utah et l’IRMf (Fig. c).

Théoriquement, nous visons à identifier les principes de calcul canoniques régissant ces comportements et leur mise en œuvre dans les réseaux neuronaux récurrents, y compris les interactions aller-retour entre les zones corticales et sous-corticales. Nous étendons les cadres classiques d’inférence bayésienne dynamique pour englober la dynamique des réseaux récurrents représentant plusieurs variables en interaction.

Composition

L’équipe est composée de 5 chercheurs permanents CNRS (Guillaume Masson, Manuel Vidal, Martin Szinte, Guilhem Ibos, Fanny Cazettes), d’un chercheur associé (Andrea Desantis, chercheur ONERA). En décembre 2024, l’équipe accueillera un post-doctorant, 6 doctorants et 1 assistant de recherche (voir la page Composition de l’équipe).

Projets financés

**A*MIDEX – 2023-2027 : Interactions corticales à longue portée lors de la comparaison d’informations sensorielles et cognitives.

Dirigé par Guilhem Ibos, groupe : Camila Losada (doctorante), Alexis Monnet-Aimard (doctorant), Arno Feinstein (doctorant), Lucio Condro (AR).

Ce projet vise à comparer l’implication des zones corticales pariétales, préfrontales et visuelles lors de la comparaison active de la représentation visuelle (ce que nous regardons) et de la représentation cognitive des informations pertinentes pour le comportement (ce que nous recherchons). Nous combinons des méthodes comportementales, électrophysiologiques multi-électrodes, multi-zones et de modélisation pour décrypter comment les comportements dirigés vers un but émergent de l’interaction des cortex occipital, pariétal et préfrontal.

ANR CRCNS/NSF – 2020-2025 : Intégrer les informations sensorielles et a priori pour contrôler le comportement (Priosens).

Dirigé par Guillaume Masson, groupe : Cleo Schoeffel (doctorante), Guilhem Ibos (CR). Partenaire américain : Nicholas Priebe (Pr) Département de Neurosciences, Université d’Austin.

Ce projet vise à comprendre comment les informations visuelles et extra-rétiniennes sur le mouvement des objets sont intégrées dynamiquement pour contrôler de manière optimale les mouvements de poursuite oculaire chez l’homme et le singe. Nous étudions comment les images en mouvement complexes et naturalistes sont codées par les populations neuronales dans les zones corticales V1 et MT et comment elles sont décodées pour piloter la poursuite réflexive et volontaire chez l’homme et les ouistitis. Nous nous intéressons également à la manière dont l’information a priori est façonnée par l’apprentissage perceptif et les contingences d’entrée.

CNRS 80Prime – 2024-2028 : NatSpeed : Perception du mouvement visuel, une approche naturaliste.

Dirigé par Guillaume Masson, groupe : Asma Bendahame (doctorante). Partenaire Paris-Cité : Jonathan Vacher, MAP5 Université Paris-Cité.

Estimer la vitesse de déplacement d’objets naturels implique de mesurer et d’intégrer sélectivement les énergies de mouvement local à différentes échelles spatio-temporelles. Pour décrypter la dynamique d’intégration et de segmentation du mouvement, nous concevons une nouvelle classe de stimuli de mouvement. Les textures à phase aléatoire, appelées Motion Clouds, permettent enfin de contrôler la structure statistique (moyenne et variance) le long de plusieurs dimensions de l’image. En combinant des méthodes psychophysiques et des modèles computationnels, nous visons à saisir les règles d’intégration/segmentation dans un nouvel espace représentationnel : l’espace Échelle-Vitesse.

Simons Foundation (US) SCGB TTI award – 2023-2026 : Calculs neuronaux et dynamique du comportement flexible.

Dirigé par Fanny Cazettes, groupe : Carole Marchese (AR), Saleha Siddiqui (AR), Antoine Courbi (AR).

Ce projet étudie comment le traitement parallèle du cerveau crée un “réservoir” de solutions potentielles, permettant une flexibilité cognitive rapide. En utilisant la réalité virtuelle et des enregistrements neuronaux à grande échelle chez la souris, notre objectif est de comprendre comment ce réservoir facilite l’adaptation aux conditions changeantes lors de la recherche de nourriture. Cette recherche vise à combler le fossé entre la dynamique des circuits neuronaux et les théories normatives de la prise de décision, fournissant ainsi des informations sur les mécanismes du comportement flexible.

ERC Starting Grant – 2025-2030 : Comprendre la diversité des stratégies de décision : des circuits neuronaux au comportement.

Dirigé par Fanny Cazettes, groupe : Vous ?

Cette recherche explore les fondements neuronaux des diverses stratégies de prise de décision. En utilisant des techniques de pointe comme la stimulation holographique combinée à l’imagerie deux photons et les enregistrements électrophysiologiques chez des souris effectuant une tâche de recherche de nourriture, nous investiguons les circuits et les mécanismes contrôlant le changement de stratégie. Cette approche innovante fournira une compréhension mécaniste de la façon dont la diversité comportementale émerge, y compris les déviations par rapport au comportement typique.

ANR JCJC – 2023-2027 : Modélisation des cartes rétinotopiques visuelles et oculomotrices humaines.

Dirigé par Martin Szinte, groupe : Uriel Lascombes (doctorant), Sina Kling (doctorant).

Notre cerveau traite et stocke les informations grâce à des cartes rétinotopiques spatiales et motrices. L’évaluation de ces cartes a longtemps été limitée au modèle animal, différentes études ciblant des zones cérébrales distinctes et des populations neuronales distinctes. Nous visons à déterminer, grâce à la méthode de neuroimagerie computationnelle utilisant l’IRMf à haut champ (3T) et à ultra-haut champ (7T), les cartes rétinotopiques responsables de la vision active.

DFG Pi-project – 2024-2028 : Mécanismes de l’attention tridimensionnelle et de la constance visuelle chez les primates.

Projet en collaboration avec Martin Szinte, Guillaume Masson, groupe : Baptiste Caziot (postdoctorant-IP), Dilara Erisen (doctorante).

Lorsque nous bougeons les yeux, nous faisons l’expérience d’une stabilité visuelle malgré des entrées rétiniennes en constante évolution. Les études précédentes se sont concentrées sur les scènes visuelles 2D, négligeant les informations de profondeur. Ce projet étudiera systématiquement l’orientation de l’attention en 3D, à la fois par des expériences psychophysiques chez l’homme et des expériences physiologiques chez les primates non humains, dans le but de comprendre comment le cerveau maintient la stabilité perceptive des scènes 3D. Les résultats devraient démontrer que l’attention opère sur une représentation 3D de l’environnement et que ces effets se reflètent dans l’activité neuronale du cortex pariétal postérieur.

Chaire « Santé » CMA CGM. AMIDEX Aix-Marseille Université – 2024-2027 : Laboratoire de Neuro-ophtalmologie Translationnelle Marseille – TRINOLAB -.

Projet en collaboration avec Martin Szinte, groupe : Jan-Patrick Stellmann (IP).

Le projet vise à établir une plateforme de recherche clinique haut de gamme à Marseille pour étudier et fournir des soins spécialisés pour les neuropathies optiques rares. Il intègre des cliniciens, des chercheurs et des laboratoires pour améliorer la recherche, les soins cliniques et l’accès à de nouvelles thérapies pour les patients de la région. Le projet vise à transférer les connaissances des neurosciences et des essais cliniques à la pratique clinique, à soutenir l’académisation du personnel paramédical et à améliorer l’information et la communication des patients. Dans l’ensemble, le laboratoire TRINO servira de centre d’excellence pour les neuropathies optiques, offrant une occasion unique de faire progresser la recherche et les soins aux patients dans ce domaine.

Bourse postdoctorale FRM – 2024-2027 : Dévoiler la topographie des champs oculaires préfrontaux humains : Organisation anatomo-fonctionnelle et connectivité explorées par IRM à haut champ.

Projet dirigé par Guillaume Masson, Martin Szinte, groupe : Marco Bedini (postdoctorant).

Le projet vise à utiliser des données IRM multimodales pour localiser et caractériser les différentes cartes rétinotopiques préfrontales, évaluer leur variabilité anatomique et fonctionnelle, et étudier leur contribution à diverses tâches oculomotrices. Il permettra de construire un atlas probabiliste capturant le chevauchement de ces cartes rétinotopiques entre les sujets, et de caractériser systématiquement leurs schémas de connectivité à l’aide de l’IRMf fonctionnelle et de diffusion. Les analyses de connectivité cartographieront l’organisation spatiale de la connectivité fonctionnelle au sein des champs oculaires et reconstruiront les faisceaux de matière blanche qui les relient, afin de comprendre si la matière blanche suit également des principes d’organisation topographique.