Microscopie à 2 photons © Ivo Vanzetta et Frédéric Barthélémy

Institut des Neurosciences de la Timone

Une approche integrative du fonctionnement normal et pathologique du cerveau

L’INT développe des recherches de haut niveau en neurosciences fondamentales, du cellulaire au cognitif, fait tomber les frontières entre les approches fondamentales et cliniques.
Les neurosciences intégratives, liant les différents niveaux d’organisation du système nerveux dans une approche fonctionnelle, sont essentielles pour comprendre les bases neurales de nos comportements et de leur désorganisation dans les maladies neurologiques et psychiatriques.

L’INT veut donner les moyens aux chercheurs et cliniciens pour :

  • explorer, comprendre et modéliser le fonctionnement normal et pathologique du cerveau et de la moelle épinière, dans une démarche allant du neurone au comportement. Pour chaque fonction étudiée (perception visuelle, contrôle moteur cortico-spinal, motivation, cognition sociale…), nous voulons comprendre comment l’activité neuronale est régulée au niveau cellulaire, propagée au niveau des petits réseaux corticaux ou sous-corticaux et assemblée au sein de grands systèmes qui sous-tendent le comportement.
  • comprendre comment les dysfonctionnements ou la mort des neurones et des cellules gliales provoquent des troubles neurologiques ou psychiatriques tels que les pathologies des motoneurones (SLA), des lésions de la moelle épinière (spasticité), les troubles du contrôle de l’impulsivité (incluant les addictions et la maladie de Parkinson), les pathologies du développement cognitif et social (autisme, troubles bipolaires, schizophrénie) ou encore les pathologies liées au stress (stress post-traumatique, dépression).

Le laboratoire INT en images

Les équipes de recherche

Toutes les équipes de l’INT 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.

Visitez le centre IRM du CERIMED dans cette vidéo 360°.

Inférence et comportements visuels

Description

L’équipe INVIBE s’intéresse aux traitements de l’information visuelle et leur intégration dans le contrôle oculomoteur chez l’homme et le singe. Différents niveaux de traitements sont abordés, des mécanismes de bas-niveaux de la vision du mouvement à l’intégration contingente du flux de données en fonction des mécanismes attentionels ou de prise de décision. Ces approches sont comportementales, neurophysiologiques (électrophysiologie, inactivation, IRM) et théoriques (modèles probabilistes). Ainsi l’équipe est fortement interdisciplinaire. INVIBE est une Equipe FRM (2018) soutenue par des programmes nationaux (AMIDEX, ANR, Fondations) et internationaux (H2020).

Chef d'équipe

MASSON Guillaume, Total : 3 HDRs.

Techniques

  • Electrophysiologie (in vivo)
  • Chirurgie animale, stéréotaxie
  • Comportement animal
  • Tests psychophysiques
  • Analyse du mouvement, posture, électromyogramme (EMG)
  • Imagerie et stimulation cérébrales - Homme

Axes de recherche

  1. Contrôle oculomoteur chez l’homme et le singe
  2. Perception visuelle, attention et prise de décision
  3. Représentations probabilistes dans les transformations visuo-motrices
  4. Neurosciences computationnelles : inférence dynamique

Mots-clés

Oculomotricité, Neurophysiologie, Psychophysique visuelle, Prise de décision, Attention, Modélisations.

Thématiques
  • Cognition et comportement des animaux
  • Cognition et comportement humains
  • Neurosciences computationnelles
  • Systèmes moteurs
  • Systèmes sensoriels

Ganglions de la base : motivation et récompense

Description

Notre équipe utilise une approche translationnelle, des rongeurs et primates non-humains aux patients parkinsoniens afin de mieux comprendre le rôle des ganglions de la base (GB) dans la motivation et les processus en relation avec la récompense, que ce soit lors de comportements normaux ou pathologiques, comme l’addiction ou les désordres impulsifs.

Chef d'équipe

BAUNEZ Christelle Total : 4 HDRs.

Techniques

  • Immunomarquages, histologie, cytométrie en flux
  • Microscopie (à fluorescence, confocale, électronique...)
  • Electrophysiologie (sur tranches ou cellules)
  • Electrophysiologie (in vivo, chez l'animal)
  • Chirurgie animale, stéréotaxie
  • Pharmacologie
  • Comportement animal
  • Imagerie et stimulation cérébrales - Homme (IRMf, TMS…)
  • Optogénétique
  • Analyse de données médicales
  • Bioinformatique

Axes de recherche

  1. Rôle du noyau subthalamique dans les processus motivationnels et émotionnels
  2. Rôle de la DA et des neurones striataux dans les comportements orientés vers un but et leur routine
  3. Interactions entre addiction et PTSD (syndrome de stress post-traumatique)
  4. Connectivité cortico-sous corticale fonctionnelle et directionnelle dans les AVC

Mots-clés

Ganglions de la base, noyau sous-thalamique, comportement, motivation, impulsivité, récompense, addiction, cocaïne, maladie de Parkinson, stimulation cérébrale profonde

Thématiques
  • Cognition et comportement des animaux
  • Cognition et comportement humains
  • Excitabilité, transmission synaptique, fonctions des réseaux
  • Neurosciences computationnelles
  • Pathologies du système nerveux
  • Systèmes moteurs

Bases neurales de la communication

Description

Nous utilisons des techniques de neuroimagerie et d’apprentissage automatique pour investiguer les mécanismes neuronaux de la communication chez les humains et les primates non-humains

Chef d'équipe

BELIN Pascal  Total : 1 HDR.

Techniques

  • Electrophysiologie (in vivo, chez l'animal)
  • Chirurgie animale, stéréotaxie
  • Comportement animal
  • Tests psychophysiques
  • Imagerie et stimulation cérébrales - Homme (IRMf, MEG, TMS…)
  •  Imagerie cérébrale – Animal
    Electroencéphalogramme (EEG)

Axes de recherche

  1. Bases neurales du traitement de l’information vocale
  2. Architecture fonctionnelle du cortex auditif
  3. Bases neurales de la conversation naturelle

Mots-clés

Communication, perception multisensorielle, comportement, émotion, stress, conditionnement, peur, voix, visage, neuro-imagerie, imagerie par résonnance magnétique fonctionnelle (fMRI), électroencéphalographie (EEG), magnétoencéphalographie (MEG)

Thématiques
  • Cognition et comportement des animaux
  • Cognition et comportement humains
  • Développement de méthodes et technologies innovantes
  • Neurosciences computationnelles
  • Systèmes sensoriels

Contrôle moteur cognitif (CoMCo)

Description

CoMCo utilise des approches neurophysiologiques complémentaires chez les primates humains et non humains pour explorer comment les neurones et les structures cérébrales coordonnent leur activité pour la préparation et le contrôle de l’exécution de mouvements précis des mains, des bras et des yeux. CoMCo cherche également à déterminer comment ces processus dynamiques s’adaptent à des conditions pathologiques ainsi qu’à des perturbations externes appliquées sur le cerveau ou sur le corps

Chefs d'équipe

BROCHIER Thomas, Alexa Riehle Total : 5 HDRs.

Techniques

  • Electrophysiologie (in vivo, chez l'animal)
  • Chirurgie animale, stéréotaxie
  • Comportement animal
  • Tests psychophysiques
  • Analyse du mouvement, posture, électromyogramme (EMG)
  • Imagerie et stimulation cérébrales - Homme (IRMf, TMS…)
  • Imagerie cérébrale et stimulation – Animal (singe)
  • Electroencéphalogramme (EEG)
  • Analyse de données médicales

Axes de recherche

  1. Les processus neuronaux dynamiques pour l'adaptation sensorimotrice : Nous utilisons des mesures de connectivité fonctionnelle pour étudier comment les processus d'adaptation sensorimotrice influencent la communication interrégionale à l'échelle macroscopique.
  2. Les principes de coordination des mouvements entre effecteurs : Nous cherchons en particulier à analyser les processus  neurophysiologiques mis en jeu dans les mécanismes prédictifs pour la coordination œil-main.
  3. La signatures de la dynamique des réseaux sensorimoteurs au niveau neuronal : Nous combinons des enregistrements neuronaux à haute densité dans plusieurs zones ou plusieurs couches corticales pour explorer la nature des interactions neuronales au cours de la réalisation de tâches visuomotrices complexes.

Mots-clés

Mouvement, codage neuronal, comportement, neurosciences computationnelles, planification, action, apprentissage, électro-encéphalographie (EEG), cortex, magnéto-encéphalographie (MEG), électromyographie (EMG), imagerie par résonnance magnétique fonctionnelle (IRMf), stimulation transcrânienne magnétique (TMS), interfaces cerveau-machine, neuro-réhabilitation, patients hémiplégiques

Thématiques
  • Cognition et comportement des animaux
  • Cognition et comportement humains
  • Développement de méthodes et technologies innovantes
  • Neurosciences computationnelles
  • Pathologies du système nerveux
  • Systèmes moteurs
  • Systèmes sensoriels

IMAgerie in vivo des interactions cellulaires dans les PATHologies du système nerveux central (IMAPATH)

Description

L’équipe caractérise in vivo à l’échelle cellulaire la dynamique des processus neuroinflammatoires impliqués dans des modèles murins de neuropathologies (tumeurs cérébrales, sclérose en plaques, traumatisme du SNC) et leur conséquences sur l’activité et la plasticité neuronales.

Pour cela nous développons, intégrons et utilisons les technologies innovantes en optique non linéaire pour imager la composition cellulaire dynamique du système nerveux central ainsi que l’activité calcique des neurones. Ayant établi un modèle de souris triplement fluorescentes pour visualiser simultanément les neurones en bleus, la microglie activée en jaune et les cellules inflammatoires périphériques en vert (granulocytes/monocytes), la microscopie CARS (Coherent Anti-Stoke Raman Spectroscopie) simultanée nous donne accès au contraste endogène généré par la myéline autour des axones. Les sondes génétiquement encodées de type GCAMP rapportent le calcium intracellulaire, tandis qu’une technique originale de fenêtre vitrée implantée nous permet de réimager la même région d’intérêt sur le même animal, sur des temps allant de la minute à plusieurs semaines.

Ces méthologies nous permettent ainsi d’étudier l’évolution du SNC en conditions contrôle et d’évaluer l’effet de traitements anti-inflammatoires ou de manipulations génétiques. Nous explorons également l’impact d’une stimulation électrique de l’environnement pathologique sur la l’inflammation et son effet sur la guérison/réparation du tissu.

Chef d'équipe

DEBARBIEUX Franck Total : 2 HDRs.

Techniques

  • Culture cellulaire
  • Biochimie
  • Biologie moléculaire
  • Immunomarquages, histologie ou cytométrie en flux
  • Microscopie
  • Imagerie calcique
  • Chirurgie animale, stéréotaxie
  • Pharmacologie
  • Analyse du mouvement, posture, électromyogramme (EMG)
  • Imagerie cérébrale – Animal

Axes de recherche

  1. Microscopie biphotonique multispectrale intravitale
  2. Microscopie CARS
  3. Neuroinflammation
  4. Neuroprothèse électrostimulable

Mots-clés

Traumatisme de moelle épinière, Encéphalomyelite Autoimmune Expérimentale (EAE), Glioblastome, Oligodendrocyte, Microglie, Monocytes, Cellule dendritique, Différenciation cellulaire, Electrode de carbone, PEDOT-PSS.

Thématiques
  • Développement de méthodes et technologies innovantes
  • Excitabilité, transmission synaptique, fonctions des réseaux
  • Pathologies du système nerveux
  • Systèmes sensoriels

Méthodes et anatomie computationelle

Description

L’équipe MeCA est un groupe de recherche interdisciplinaire dont l’objectif scientifique est la quantification et la modélisation de la variabilité et du développement cortical, et leur lien avec la fonction et la connectivité de la matière blanche, en utilisant principalement l’imagerie par résonance magnétique sur des primates humains et non humains.

Plus précisément, nous visons à:

–          quantifier et modéliser la variabilité et l’organisation corticale.

–          quantifier et modéliser le développement cortical.

–          quantifier les propriétés de la matière blanche et la connectivité.

–          étudier le lien entre l’anatomie, la fonction et la connectivité.

Nous développons des outils de morphométrie et les appliquons sur de grandes bases de données.

Chef d'équipe

COULON Olivier Total : 3 HDRs

Techniques

  • Imagerie et stimulation cérébrales - Homme (IRMf, TMS…)
  • Imagerie cérébrale – Animal
  • Analyse de données médicales

Axes de recherche

  1. Variabilité et organisation corticale
  2. Liens anatomie/connectivité/fonction
  3. Développement
  4. Biomarqueurs de pathologies d’urgence

Mots-clés

Neurosciences Computationnelles, Anatomie Corticale, Connectivité, Morphométrie, IRM.

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

Plasticité et physio-pathologie des réseaux moteurs rythmiques (P3M)

Description

L’activité de l’équipe s’efforce d’identifier au niveau de la moelle épinière, les mécanismes neuronaux et gliaux impliqués dans la motricité par sa composante dynamique (locomotion) et statique (posture) et ceci dans des conditions normales et pathologiques. L’équipe travaille notamment en relation étroite avec les cliniciens pour une meilleure compréhension de la physiopathologie de la spasticité (hypertonie musculaire), à la suite d’une lésion de la moelle épinière, dans le but de développer une recherche translationnelle (essai clinique) en proposant de nouveaux traitements efficaces et peu invasifs. L’approche méthodologique utilisée dans nos études présente deux aspects indissociables. Le premier s’intéresse aux propriétés des réseaux et neurones étudiés in vitro sur des préparations de moelle épinière isolée. Le second, le plus intégré, vise à quantifier la motricité in vivo sur l’animal éveillé. Dans ce contexte, le rongeur (rat, souris) constitue notre modèle expérimental car il rend possible l’étude de la motricité à 3 niveaux : celui du neurone, du réseau et du comportement. L’équipe utilise un panel de techniques diversifiées incluant l’électrophysiologie, la biochimie, la biologie moléculaire et cellulaire, l’imagerie, l’opto-génétique, la culture cellulaire…

Directeur d'équipe

BROCARD Frédéric, Total : 5 HDRs.

Techniques

  • Biologie moléculaire
  • Biochimie
  • Culture cellulaire
  • Immunomarquages, histologie, cytométrie en flux
  • Microscopie
  • Electrophysiologie (sur tranches ou cellules)
  • Electrophysiologie (in vivo, chez l'animal)
  • Chirurgie animale, stéréotaxie
  • Comportement animal
  • Analyse du mouvement, posture, électromyogramme (EMG)
  • Optogénétique

Axes de recherche

  1. Caractérisation des propriétés des interneurones spinaux responsables du rythme locomoteur.
  2. Caractérisation des propriétés des motoneurones dans le cadre du développement postural.
  3. Caractérisation de l’hyperexcitabilité de la moelle épinière dans le cadre de la spasticité.

Mots-clés

Locomotion, Spasticité, Moelle épinière, Générateur du patron locomoteur, Motoneurone, Canaux ionique, Glie, Trauma, Biomarqueur, Essai Clinique.

Thématiques
  • Développement du système nerveux
  • Excitabilité, transmission synaptique, fonctions des réseaux
  • Pathologies du système nerveux
  • Systèmes moteurs
  • Systèmes sensoriels

Cognition sociale : développement normal et pathologique

Description

Nos projets de recherche explorent les bases développementales, comportementales et cérébrales de la cognition sociale et leurs dysfonctionnements dans des psychopathologies telles que l’autisme, le syndrome d’Asperger et la bipolarité.

Chef d'équipe

DERUELLE Christine Total : 4 HDRs.

Techniques

  • Tests psychophysiques
  • Imagerie et stimulation cérébrales - Homme (IRMf, TMS…)

Axes de recherche

  1. Cognition sociale dans les syndromes neurodévelopementaux
  2. Autisme et agents artificiels
  3. Recherche de marqueurs cognitifs et émotionnels du trouble bipolaire
  4. Le cerveau proactif

Mots-clés

Interactions sociales, cognition sociale, développement, émotion, visage, comportement, neuro-imagerie, autisme, troubles bipolaires, troubles de l’attention, thérapie cognitive

Thématiques
  • Cognition et comportement humains
  • Développement de méthodes et technologies innovantes
  • Développement du système nerveux
  • Pathologies du système nerveux

Micro-ARN et cognition sociale

Description

Notre équipe s’intéresse aux bases moléculaires du comportement sociale a l’état physiologique et pathologique (notamment dans le cadre de la dépression). Nous nous focalisons sur les miARNs comme porte d’entrée a une meilleure compréhension des réseaux impliques dans les fonctions sociales. Nous appliquons une approche à multiples échelles (moléculaire, culture cellulaire et modèle souris) et les dernières avancées technologiques en édition génomique et séquençage cellule-unique pour répondre a cette problématique

Chef d'équipe

GASCON GONZALO Eduardo Total: 3 HDRs.

Techniques

  • Biologie moléculaire
  • Biochimie
  • Culture cellulaire
  • Immunomarquages, histologie ou cytométrie en flux
  • Microscopie
  • Chirurgie animale, stéréotaxie
  • Comportement animal

Axes de recherche

  1. Bases moléculaires du comportement social
  2. Epigénétique de la dépression

Mots-clés

MicroARNs, epigénétique, Cas9, comportement, dépression, modèles animaux.

Thématiques
  • Cognition et comportement des animaux
  • Cognition et comportement humains
  • Développement de méthodes et technologies innovantes
  • Pathologies du système nerveux

Moelle épinière et interfaces avec le LCS (SpiCCI)

Description

Notre équipe étudie les propriétés et la connectivité des neurones spinaux au contact du LCS (Nc-LCS) afin d’en démontrer la fonction au niveau du SNC de mammifère en conditions physiologiques et pathologiques.

Pour répondre à cette question, nous développons différents modèles de souris transgéniques que nous étudions à l’aide d’un large spectre de techniques (histologie, électrophysiologie, imagerie calcium et optogénétique) et de préparations (tranches aigues, préparation en ‘bloc’ et in vivo) complémentaires.

Plus récemment, nous développons des préparations chez le primate non-humain et l’Homme afin d’étudier les propriétés des Nc-LCS

Chef d'équipe

WANAVERBECQ Nicolas Total : 3 HDRs

Techniques

  • Biologie moléculaire (PCR...)
  • Biochimie (Western blot...)
  • Culture cellulaire
  • Immunomarquages, histologie
  • Microscopie (à fluorescence, confocale, biphotonique)
  • Imagerie calcique
  • Electrophysiologie (sur tranches ou cellules)
  • Chirurgie animale, stéréotaxie
  • Pharmacologie
  • Comportement animal
  • Analyse du mouvement, posture
  • Optogénétique/Chémogénétique

Axes de recherche

  1. Caractériser les propriétés physiologiques des neurones spinaux au contact du LCS (Nc-LCS) le long du canal central.
  2. Caractérisation anatomique et fonctionnelle de la connectivité des Nc-LCS spinaux.
  3. Démontrer in vivo le rôle physiologique des Nc-LCS spinaux chez le mammifère
  4. Interaction entre Nc-LCS et cellules souches de la niche spinale pour mettre en évidence leur rôle dans les processus de réparation de la moelle épinière.

Mots clés

Moelle épinière, Canaux ioniques et modulation, interface LCS, Activité motrice, Réseaux spinal, Système sensoriel, Lésion spinale et régénération.

Thématiques
  • Développement de méthodes et technologies innovantes
  • Excitabilité, transmission synaptique, fonctions des réseaux
  • Systèmes moteurs
  • Systèmes sensoriels

Opérations neuronales au sein de cartes corticales visuelles

Description

L’une des propriétés marquantes des aires corticales sensorielles est leur organisation en cartes topographiques. Le long de la hiérarchie du système visuel, les caractéristiques de bas niveau telles que la position, l’orientation du stimulus visuel mais aussi les caractéristiques de niveau supérieur telles que la forme ou le mouvement sont représentées topographiquement sur la surface corticale. Ainsi, un stimulus local et orienté activera des colonnes corticales précises au sein des cartes d’orientation et rétinotopique.

En conditions naturelles, les caractéristiques locales de la scène visuelle sont nombreuses, dynamiques et distribuées à différentes échelles spatio-temporelles, générant parfois des perceptions ambiguës ou illusoires.

Comment de telles entrées dynamiques sont traitées à différentes étapes du système visuel afin d’obtenir un codage robuste et rapide de la scène visuelle ? L’hypothèse de travail de NeOpTo est que les interactions cortico-corticales façonnent dynamiquement le traitement et la représentation des stimuli visuels au sein de ces cartes. Pour tester cette hypothèse nous utilisons des approches convergentes de mesure expérimentale de l’activité corticale aux échelles micro- et méso-scopiques, mais aussi de développement technologique et théorique. Comprendre comment le monde visuel est représenté au sein de cartes corticales a aussi des conséquences en clinique, par exemple pour améliorer le fonctionnement des prothèses rétiniennes.

Chef d'équipe

CHAVANE Frédéric Total : 4 HDRs.

Techniques

  • Imagerie calcique
  • Electrophysiologie (in vivo, chez l'animal)
  • Chirurgie animale, stéréotaxie
  • Comportement animal
  • Imagerie cérébrale - Animal

Axes de recherche

  1. Représentations dynamique au sein des réseaux corticaux et entre eux.
  2. Méthodes d'imagerie multi-échelle et multi-modèle
  3. Amélioration de la vision prothétique grâce à l'imagerie corticale

Mots clés

Aires corticales sensorielles, cartes topographiques, échelles micro- et méso-scopiques.

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