Functional Systems Dynamics

Responsables :

Romain GOUTAGNY

Romain Goutagny

Demian BATTAGLIA

Demian Battaglia

Membres :

Dompter la complexité de la dynamique neuronale.


Nous considérons les circuits cérébraux à micro-, méso- et macro-échelle comme des systèmes dynamiques qui produisent collectivement des calculs fonctionnels et, ultimement, la cognition et le comportement. Ici, le mot-clé est « collectivement », et, brièvement, nous pourrions dire que « le tout est plus (et différent) que la somme des parties ». De manière analogue, les pathologies sont généralement interprétées en termes de dommages aux parties du système (« hardware »), alors qu’elles peuvent, surtout aux stades précoces, découler d’altérations de la dynamique du système (« software »).

Nous combinons la collecte de données avec des techniques expérimentales de pointe (R. Goutagny) avec des outils analytiques sophistiqués, notamment l’apprentissage automatique, la théorie de l’information, la science des réseaux et la modélisation computationnelle (D. Battaglia), le tout mené à différentes échelles spatiales et temporelles, pour disséquer les algorithmes cognitifs potentiels médiés par les oscillations neuronales et d’autres motifs de dynamique neuronale. La fertilisation croisée entre la théorie et les expériences est centrale dans nos recherches. Dans nos approches agnostiques, nous essayons de nous abstenir de faire des moyennes sur de longues périodes et de nombreux essais, car nous croyons que les fluctuations ne sont pas simplement du bruit, mais que leur organisation spatiotemporelle et leurs non-linéarités véhiculent des informations riches qui peuvent être révélées sans hypothèses a priori. Nous nous concentrons donc naturellement sur des phénomènes tels que les explosions oscillatoires, le couplage entre fréquences, la connectivité fonctionnelle dynamique et le passage entre différents états. Nous adaptons nos approches d’analyse et de modélisation à différents types de signaux neuronaux, des unités individuelles et des LFPs à l’EEG et à l’IRMf à l’échelle du cerveau entier (humain, NHP, rongeurs, cultures…).

Nous visons à comprendre comment les dynamiques neuronales coordonnées médiatisent le traitement de l’information pertinent pour les fonctions du comportement, de la mémoire et de l’attention (avec un accent particulier sur les réseaux hippocampiques et corticaux). Nous visons également à identifier comment les altérations de la dynamique se traduisent par des déficiences fonctionnelles. Le rêve est de concevoir des interventions qui préserveraient/récupéreraient la fonction en « réparant la dynamique » et la connectivité fonctionnelle.