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Bases neuronales des apprentissages sensorimoteurs

Equipe Robbe - Bureau

Deux aspects du comportement animal sont particulièrement impressionnants: la capacité d’apprentissage de nouveaux comportements et celle d’adapter ces comportements à des contextes changeants. L’apprentissage et l’adaptation requièrent des prises de décisions qui sont influencées par des informations immédiates sensorielles, par nos expériences passées et par notre état interne de motivation ou d’attention. Le but de notre équipe est de comprendre comment le cerveau participe à de telles aptitudes. Nous nous intéressons plus particulièrement aux contributions respectives et complémentaires du cortex somatosensoriel et des ganglions de la bases dans la détection sensorielle, la prise de décision et l’énergisation des actions

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Thème de recherche

Les formes associatives et procédurales d’apprentissage requièrent la détection et l’intégration d’informations sensorielles et la génération de séquences motrices adaptatives. De tels processus dépendent de changements dans l’activité neuronale au sein du cortex sensoriel primaire et des régions motrices telles que les ganglions de la base. Le but de l’équipe est de comprendre les mécanismes neuronaux en jeu durant l’apprentissage, en mettant l’accent sur le traitement sensoriel, le contrôle moteur et la transformation sensorimotrice. Pour cela, nous concevons de nouvelles tâches comportementales et utilisons l’électrophysiologie in vivo (tétrodes, ‘silicon probe’, optrodes), la manipulation de l’activité neuronale (stimulation optogénétique, lésions cérébrales, inactivation pharmacologique), l’électrophysiologie ex vivo (patch-clamp, cartographie avec la photostimulation laser, LSPS) et une analyse statistique comportementale / neurale pour établir des corrélations et des liens de causalité entre les caractéristiques du comportement animal et la dynamique de la population neuronale, des cellules individuelles ou de circuits identifiés.

Nous accueillons des étudiants en license, master ou thèse, des ingénieurs et des postdocs. Les candidatures doivent être envoyées à David Robbe ou Ingrid Bureau

 

 

Projets en cours

  • aLa plasticité fonctionnelle des réseaux corticaux de la perception sensorielle
  • bRôle des circuits corticostriataux dans le contrôle moteur et les apprentissages
  • cLe couplage sensorimoteur entre le cortex à barils et le striatum comme mécanisme d'évaluation des réponses motrices et de leur modulation
a

La plasticité fonctionnelle des réseaux corticaux de la perception sensorielle

P.I. : Ingrid Bureau. Avec Simona Plutino.

Le but ici est de comprendre comment la représentation neuronale dans le cortex somatosensoriel primaire change alors qu’un animal apprend à associer un stimulus de ses vibrisses (moustaches) à une réponse motrice gratifiante. Nous travaillons à identifier les circuits neuronaux sous-jacents à la transformation de la carte corticale des vibrisses et à trouver des corrélats neuronaux aux comportements déclenchés par les vibrisses. Dans ce but, nous combinons des études comportementales et des enregistrements électrophysiologiques in vivo et ex vivo.

Nous travaillons également sur des modèles de maladies développementales telles que le syndrome de l’ X fragile ou l’épilepsie (GAERS et DCX) pour étudier les conséquences des altérations cellulaires sur les fonctions des circuits sensoriels et sur les comportements déclenchés par des stimuli sensoriels.

a - Enregistrement in vivo des réponses aux vibrisses dans les colonnes du cortex à barrils avec multi-electrodes. b - Cartographie fonctionnelle des réseaux corticaux avec LSPS
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Rôle des circuits corticostriataux dans le contrôle moteur et les apprentissages

P.I.: David Robbe. Avec Anass Tinakoua, Mostafa Safaie, Corane Karoutchi, Stephania Sarno et Masoud Aghamohamadian.

Dans nos activités quotidiennes nous sommes capables d’exécuter des séquences motrices très précises en terme de trajectoire et de timing. C’est le cas d’actions apparemment triviales, telles que manger avec une fourchette, ou plus complexes, comme comme la conduite d’une voiture et la pratique de sports et d’activités artistiques. Ces aptitudes motrices nécessitent un entraînement prolongé (pensez au temps qu’il faut à un enfant pour apprendre à manger proprement !) après quoi elles peuvent être exécutées de manière automatique (ou habituelle). Les mécanismes neuronaux qui contribuent à l’apprentissage des aptitudes motrices et à leur exécution sont encore mal connus. Plus spécifiquement, le rôle des ganglions de la base (un réseau sous-cortical dont la dysfonction est associée aux maladies de Parkinson et de Huntington) est particulièrement débattu.

Le but ici est de comprendre le rôle et le type d’opérations neuronales opérées par les ganglions de la base dans les apprentissages et le contrôle moteur. Pour cela, nous utilisons des méthodes électrophysiologiques qui permettent d’enregistrer l’activité de populations de neurones chez le rongeur (rat et souris) en situation comportementale. Nous développons des tâches originales adaptées aux rongeurs et qui, combinées aux enregistrements électrophysiologiques et à des analyses statistiques adaptées aux données complexes, permettent d’isoler des opérations neuronales spécifiques des ganglions de la base. Nous manipulons le comportement des animaux ou leur activité neuronale (optogénétique, lésions, pharmacologie) afin d’établir des relations causales entre ces deux niveaux d’observation.

Enregistrement multi-electrodes chez le rat en comportement à l'aide de "silicon probes"
Left, spike waveforms of 6 well-isolated units recorded in the striatum with a silicon probe (center) . Right, neuronal sequence in the striatum during motor sequence performance.
Top, online video tracking of a rat running on a motorized treadmill. Bottom, high-throughput training unit for motor control study in mice
c

Le couplage sensorimoteur entre le cortex à barils et le striatum comme mécanisme d'évaluation des réponses motrices et de leur modulation

P.I.: David Robbe et Ingrid Bureau.
Les neurones du cortex somatosensoriel primaire projettent dans le striatum. Dans ce projet nous étudions les propriétés et le codage des projections corticostriatales pendant un réponse motrice guidée par la stimulation des vibrisses.

Marquage des neurones corticaux somatosensoriels qui se projettent dans le striatum (Allen brain atlas)

Liens externes d'intérêts scientifiques génerales

  • Un post de blog qui définit en detail un comportement scientifique versus dogmatique:  

http://waitbutwhy.com/2015/11/the-cook-and-the-chef-musks-secret-sauce.html

  •  Emission  radiophonique époustouflante sur le connaissance. Liens vers la premiere émission d’une série sur Marie Curie et la découverte de la radioactivité.

http://www.franceinter.fr/emission-sur-les-epaules-de-darwin-a-la-decouverte-de-la-radioactivite

  • Un super outil pour faire de l’analyse de donnée. Gratuit et facilitant collaboration, transparence et reproductibilité:

http://jupyter.org/

https://try.jupyter.org/ 

 

Nos publications

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