Institut des Neurosciences de la Timone

Inférence et comportements visuels

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).

Ganglions de la base : motivation et récompense

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.

Bases neurales de la communication

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.

Contrôle moteur cognitif (CoMCo)

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.

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

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.

Méthodes et anatomie computationelle

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.

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

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…

Cognition sociale : développement normal et pathologique

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.

Micro-ARN et cognition sociale

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

Moelle épinière et interfaces avec le LCS (SpiCCI)

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

Opérations neuronales au sein de cartes corticales visuelles

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.