INS - INSERM U 1106

Institut de Neurosciences des Systèmes

Directeur : Viktor Jirsa

Faculté Médecine Timone
27 Bd Jean-Moulin
13005 Marseille
France

Présentation

L’INS été créé dans l’esprit d’étudier le cerveau dynamique, avec la perspective du cerveau comme un réseau et un système de formation spatio-temporelle dynamique, capable d’exécuter des fonctions cognitives, ainsi que de montrer des dysfonctionnements très dynamiques tels que l’épilepsie. En tant que tel INS, a attiré l’expertise de la neuroscience computationnelle, cognitive et clinique, ainsi que l’imagerie biomédicale et l’analyse du signal.

Cartographie d'activité cérébrale sur le Cerveau Virtuel

Les équipes de recherche

Toutes les équipes de l’INS sont rattachées au master de neurosciences. Elles peuvent donc toutes accueillir des étudiants stagiaires du master et leur proposer un sujet de thèse pour le concours de l’école doctorale.

  • Equipe 1 : Neurosciences théoriques (TNG) (Viktor Jirsa)
  • Equipe 2 : Physiologie et physiopathologie des réseaux neuronaux (PhysioNet)(Christophe Bernard)
  • Equipe 3 : Dynamique des processus cognitifs (DCP) (Daniele Schön)
  • Equipe 4 : Cartographie dynamique du cerveau (DynaMap) (Christian-G. Benar)

Neurosciences théoriques (Viktor Jirsa)

L’objectif du Groupe des Neurosciences Théoriques est de modéliser l’activité cérébrale, normale et pathologique, selon une approche « multi-échelles ». Cela revient à caractériser le cerveau selon une approche avec plusieurs niveaux de résolution et/ou à différentes échelles de temps. Nous essayons d’unifier différents points de vue en partant de la théorie des systèmes complexes en passant par la simulation numérique (pour observer le comportement global d’un système à partir du graph de ses composants élémentaires) jusqu’aux études comportementales.

Un des objectifs du groupe est d’étudier et de comprendre certaines pathologies neuronales, en particulier l’épilepsie, en tant que « maladies dynamiques », c’est-à-dire comme des dérèglements de la dynamique normale du système.

Membres

Viktor Jirsa, Demian BATTAGLIA, Marcel CARRERE, Emmanuel DAUCE, Gaetan GENTILE, Roland RIZOULIERE, Marmaduke WOODMAN, Maya ALLOUCHE, Anastasia EGHIAIAN-LOMAN, Elisabeth JOUVE, Huifang WANG, Irene YUJNOVSKY, Mohammad ARBABYAZD, Anirudh VATTIKONDA, Julie COURTIOL, Lionel KUSCH, Adam LI, Perdikis DIONYSIOS, Spase PETKOSKI, Marisa SAGGIO, Francesca MELOZZI.  Sora AN, Kenza, EL HOUSSAINI, Florence  GAILLARD-BIGOT, Meysam HASHEMI, Hiba SHEHEITLI, Viktor SIP, Olivier BLIN, Sylvie BONIN – GUILLAUME, Joelle MICALLEF, Catherine CASSE-PERROT, FRAUGER Elisabeth, Romain GUILHAUMOU, Farid KHELOUFI, Xavier ZENDJIDJIAN. Total : 6 HDR.

Axes de recherche

  • Dynamique cérébrale spatio-temporelle à grande échelle
  • Modèles mathématiques et informatiques de réseaux cérébraux
  • Technologies Cerveau Virtuel
  • Méthodes d’analyses de données d’activités cérébrales
  • Activité de l’état de repos
  • Émergence des fonctions cérébrales
  • Médecine personnalisé
  • Maladie cérébral (épilepsie, maladie neurodégénérative)

Techniques

  • Pharmacologie
  • Analyse de données médicales
  • Bio-informatique
  •  Simulations numériques

Mots-clés

Réseaux cérébraux, dynamique non-linéaire, système complexe, cerveau virtuel, neurosciences computationnelles, épilepsie, activité de l’état de repos.

Développement de méthodes et technologies innovantes - Neurosciences computationnelles - Pathologies du système nerveux

Dynamique des processus cognitifs (Daniele Schön)

L’objectif principal est de découvrir la dynamique spatio-temporelle sous-jacente aux processus cognitifs. Ces dynamiques sont étudiées en utilisant différentes approches d’imagerie (sEEG, MEG, EEG, TMS, IRMf) combinées avec sophistiqué cognitif et psychophysique paradigmes. Les changements dans la connectivité du réseau à grande échelle lors de l’interaction avec différents types de contextes. Ces changements peuvent être lents (comme dans l’apprentissage) ou rapides (tels que prédire) et leur émergence peut être liée à différents types de dysfonctionnements comportementaux que nous étudions

l’épilepsie, les maladies dégénératives et la déficience auditive. Tout notre travail dans DCP peut être compris dans ce cadre et comprend des études comportementales et d’imagerie chez les sujets normaux et les patients atteints de dysfonctionnement cérébral y compris les enfants (dyslexie et déficience auditive), le développement de modèles cognitifs pour comprendre la parole traitement, comportement anticipatif et déclin de la mémoire, et applications à la rééducation de la parole, principalement via la musique, un entraînement rythmique concret.

Membres 

Daniele Schön, CECCALDI Mathieu, CHAUVEL Patrick, FELICIAN Olivier, REY Marc, TREBUCHON Agnes, TRIGLIA Jean Michel, BONNARD Mireille, BOUSSAOUD Driss, LIEGEOIS CHAUVEL Catherine, MORILLON Benjamin, BONINI Francesca, DIDIC Mira, GOUR Natalina, NEGRE Eve, ROMAN Stéphane, MARQUIS Patrick, FASOLA Alexia, GIROUD Jeremy, HIDALGO Céline, LOMBARDO Diego Martin, PESNOT Jacques, RODO Christophe, PELOFI Claire. Total : 11 HDR.

Axes de recherche

  • Codage prédictif,
  • Traitement auditif,
  • Traitement de la langue et de la musique,
  • Mémoire,
  • Vieillissement,
  • Maladies dégénératives,
  • Déficience auditive,
  • Epilepsie

Techniques 

  •  Biologie moléculaire
  •  Biochimie
  •  Culture cellulaire
  •  Immunomarquages, histologie, cytométrie en flux
  •  Microscopie
  • Pharmacologie
  • Tests psychophysiques
  • Imagerie et stimulation cérébrales – Homme (IRMf, TMS…)
  • Electroencéphalogramme (EEG & MEG)
  • Analyse de données médicales

Mots-clés

Codage prédictif, traitement auditif, traitement de la langue et de la musique, mémoire, vieillissement, maladies dégénératives, déficience auditive, épilepsie.

Cognition et comportement humains - Pathologies du système nerveux - Systèmes moteurs - Systèmes sensoriels

PhysioNet (Christophe Bernard)

Les processus cognitifs dépendent de l’activité de réseaux distribués dans le cerveau. Notre objectif principal est de mieux comprendre les règles de base de la dynamique cérébrale dans des états comportementaux donnés en condition physiologique, et comment ces règles sont modifiées dans l’épilepsie. Nous utilisons une approche multiniveau. Le Virtual Mouse Brain nous permet de virtualiser des cerveaux de souris individuelles et d’étudier la dynamique du cerveau entier. Nous utilisons des enregistrements in vivo multisites et l’optogénétique pour évaluer comment des neurones spécifiques codent l’information pendant les tâches cognitives et comment ils contrôlent la dynamique des réseaux, chez les animaux témoins et épileptiques. À un niveau plus bas, nous étudions les relations entre le métabolisme énergétique et l’activité neuronale (dans l’épilepsie et la maladie d’Alzheimer).

Tous les projets ont une finalité clinique : nous essayons d’identifier les biomarqueurs prédictifs des crises ainsi que les biomarqueurs de la vulnérabilité à la dépression et des déficits cognitifs de l’épilepsie. Nous développons des approches curatives pour les crises et les comorbidités.

Enfin, une partie de notre activité est consacrée à la conception de nouveaux dispositifs d’enregistrement in vivo. Nous expérimentons des sondes organiques multimodales, pour enregistrer l’activité électro-moléculaire et délivrer des substances thérapeutiques pour divers troubles neurologiques, y compris l’épilepsie et la maladie de Parkinson.

Membres 

Christophe Bernard, BREGESTOVSKI  Piotr, ESCLAPEZ Monique, ZYLBERTER Yuri, WILLIAMSON Adam, GESTREAU Christian, GHESTEM Antoine, IVANOV Anton, SCAPULA Jennyfer, BERGE-LAVAL Victor, CHAN Carol, CLAWSON Wesley, ELSEEDY Heba, FERRARIS Maeva, MELOZZI Francesca, POULKOURAS Romanos, RUSINA  Evgenilia, SAFIEDDINE  Sawssan, BACA Martin, FERNANDEZ Ana Maria, KERGOAT Loig, MALIEIEVA Galyna, QUILICHINI Pascale, SLEZIA Andréa. Total : 5 HDR.

Axes de recherche 

  • Dynamique cellulaire / réseau et apprentissage dans des conditions physiologiques et pathologiques chez les rongeurs
  • Mécanismes conduisant à la construction d’un cerveau épileptique
  • Organisation anatomo-fonctionnelle des réseaux normaux et épileptiques
  • Couplage entre le métabolisme, l’homéostasie du chlore et les activités neuronales et de réseau
  • Neuroingénierie: Développement d’outils d’électronique organiques pour mesurer et contrôler l’activité neuronale

Techniques 

  • Biologie moléculaire
  •  Biochimie
  •  Culture cellulaire
  •  Immunomarquages, histologie, cytométrie en flux
  •  Microscopie
  •  Imagerie calcique
  •  Electrophysiologie (sur tranches ou cellules)
  •  Electrophysiologie (in vivo, chez l’animal)
  •  Chirurgie animale, stéréotaxie
  •  Pharmacologie
  •  Comportement animal
  • Imagerie cérébrale – Animal
  •  Optogénétique
  •  Electroencéphalogramme (EEG)
  • Modélisation électronique organic

Mots-clés

Dynamique des réseaux, Organisation anatomo-fonctionnelle, cognition et comportement animal, développement, excitabilité, neuro-ingénierie.

Cognition et comportement des animaux - Développement de méthodes et technologies innovantes - Développement du système nerveux - Excitabilité, transmission synaptique, fonctions des réseaux - Neurosciences computationnelles - Pathologies du système nerveux

Cartographie cérébrale (Christian-G. Bénar)

L’objectif de l’équipe Dynamap est de développer des stratégies de traitement du signal pour caractériser la dynamique spatio-temporelle des réseaux cérébraux, à la fois pour l’activité physiologique et celle pathologique.

Dans ce but, la première stratégie de l’équipe est de combiner la force de différentes modalités telles que EEG, MEG, IRMf, en mettant l’accent sur les enregistrements simultanés (EEG-MEG, EEG-IRMf) permettant d’enregistrer la même activité sous différents points de vue. La deuxième stratégie consiste à saisir l’opportunité des enregistrements intracérébraux effectués chez des patients épileptiques pour fournir une «vérité de terrain» à laquelle des méthodes non invasives peuvent être confrontées. En neurosciences fondamentales, une application de notre travail consiste à fournir des avancées méthodologiques aux utilisateurs de la plate-forme MEG. En clinique, nos outils visent à améliorer la délimitation de la zone épileptogène pour la planification préchirurgicale chez patients atteints d’épilepsie. Un effort particulier est fait pour la translation de notre travail vers les cliniciens et les chercheurs à travers le logiciel multi-plateforme Anywave, dont l’architecture vise spécifiquement à permettre une mise en œuvre rapide des algorithmes pour les utilisateurs finaux.

Membres 

Christian-G. Benar, Fabrice Bartolomei, Romain Carron, Bernard Giusiano, Jean Regis, Aileen McGonigal, Jean-Michel Badier, Sophie Chen, Bruno Colombet, Aurélie Ponz, Samuel Medina-Villalon, Stanislas Lagarde, Isabelle Lambert, Francesca Pizzo, Nicolas Roehri. Total : 5 HDR.

Axes de recherche

  • Cartographie cérébrales
  • Dynamique des réseaux
  • Traitement du signal
  • Enregistrements simultanés (MEG/SEEG)

Techniques 

  •  Imagerie et stimulation cérébrales – Homme (IRMf, TMS…)
  • Electroencéphalogramme (EEG)
  • Analyse de données médicales

Mots-clés

Cartographie cérébrales, dynamique des réseaux, traitement du signal, électrophysiologie, enregistrements simultanés (MEG/SEEG).

Développement de méthodes et technologies innovantes
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