© Driss Boussaoud

Institut de Neurosciences des Systèmes

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.

Le laboratoire INS en images

Les équipes de recherche

Les chercheurs des 4 équipes de l’INS mènent des recherches sur des espèces allant du rongeur au cerveau humain pour découvrir les mécanismes qui sous-tendent le fonctionnement du cerveau sain et ses troubles, notamment l’épilepsie en tant que maladie cérébrale dynamique paradigmatique.

Découvrez la plateforme de magnéto-encéphalographie de l'INS

Neurosciences théoriques

Description

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

Chef d'équipe

Viktor Jirsa Total : 6 HDRs.

Techniques

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

Axes de recherche

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

Mots-clés

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

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

Dynamique des processus cognitifs

Description

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.

Chef d'équipe

Daniele Schön Total : 11 HDRs.

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

Axes de recherche

  1. Codage prédictif,
  2. Traitement auditif,
  3. Traitement de la langue et de la musique,
  4. Mémoire,
  5. Vieillissement,
  6. Maladies dégénératives,
  7. Déficience auditive,
  8. Epilepsie

Mots-clés

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

Thématiques
  • Cognition et comportement humains
  • Pathologies du système nerveux
  • Systèmes moteurs
  • Systèmes sensoriels

PhysioNet

Description

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.

Chef d'équipe

Christophe Bernard Total : 5 HDRs.

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

Axes de recherche

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

Mots-clés

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

Thématiques
  • 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

Description

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.

Chef d'équipe

Christian-G. Benar Total : 5 HDRs.

Techniques

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

Axes de recherche

  1. Cartographie cérébrales
  2. Dynamique des réseaux
  3. Traitement du signal
  4. Enregistrements simultanés (MEG/SEEG)

Mots-clés

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

Thématiques
  • Développement de méthodes et technologies innovantes
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