Transduction mécanique et représentation tactile des textures par les vibrisses de rat et le doigt humain. – TRANSTACT

L'Homme et les rongeurs possèdent une sensibilité tactile remarquable qui leur permet d'extraire, principalement au travers d'une exploration active, une grande quantité d'information sur leur environnement immédiat. Dans les deux cas, l'information tactile est contenue dans la séquence temporelle des déformations de l'organe sensoriel - les vibrisses faciales chez le Rat et le doigt chez l'Homme - induites par le frottement avec la surface scannée. Ces déformations sont ensuite converties en signaux neuronaux par des mécanorécepteurs spécifiques, eux-mêmes traités par le système nerveux central. Bien que nous ayons une bonne compréhension de la façon dont le cerveau réagi à des stimuli sensoriels simples, nous commençons seulement à explorer la réponse des systèmes sensoriels à des stimuli naturels dans des conditions d'exploration réaliste. Par exemple, dans le système de vibrisses chez le Rat, un des modèles dominants pour l'étude du traitement de l'information sensorielle, la situation est d'autant plus compliquée que nous ne connaissons pas de manière exhaustive la façon dont l'organe récepteur lui même -la vibrisse faciale - transmet l'information mécanique qui sera ensuite traitée par le cerveau. Nous savons cependant que le traitement de l'information sensorielle dépend de façon critique de l'encodage réalisé par les organes sensoriels. Afin de comprendre ce phénomène, il est nécessaire de décrire le processus mécanique par lequel l'information sur une texture est traduite en déformation de l'organe sensoriel via un frottement de l'un sur l'autre. Ce sujet est en dehors des limites de la physiologie "classique" et nécessite une expertise mutualisée en Neurophysiologie et Physique. Nous proposons un projet scientifique en deux phases: a) Nous explorerons, avec une stratégie expérimentale commune, la composante pré-neuronale de la transduction de l'information tactile dans le système haptique de l'Homme et du Rongeur, et b) nous étudierons la représentation corticale de l'information tactile façonnée par le filtrage pré-neuronal dans le cortex somatosensoriel du Rat anesthésié. La première phase du projet consiste en l'enregistrement direct des déformations des organes tactiles (la peau et les vibrisses) lors du balayage de substrats texturés fabriqués par le LPS et présentant une topographie parfaitement contrôlée. Nous explorerons les caractéristiques de filtrage et déterminerons leurs dépendances avec les propriétés physiques (forme, surface, élasticité) de l'organe tactile et des conditions d'exploration (force normale appliquée, vitesse de balayage). Afin de permettre une comparaison directe du processus de filtrage pré-neuronal dans les deux systèmes, le même substrat (par ex. un bruit blanc) et la même analyse du signal seront appliqués. Pour le doigt, une approche bio-mimétique sera développée afin d'estimer les signaux de contrainte au voisinage des mécanorécepteurs activés par le frottement du doigt sur le substrat. Différents modèles de doigt seront développés ainsi que des techniques originales de mesures locales des champs de contraintes. Dans le cas de la perception tactile avec les vibrisses, des expériences seront réalisées sur des animaux anesthésiés et les déflections des vibrisses en contact avec des textures en mouvement seront enregistrées avec des moyens optiques. Lors de la deuxième phase de ce projet, le codage neuronal des textures sera abordé par l'enregistrement électrophysiologique de l'activité neuronale dans le cortex somatosensoriel primaire alors que les déflections générées par la texture et enregistrées dans la première phase de ce projet seront "rejouées" sur les vibrisses à l'aide d'un stimulateur piézoélectrique optimisé. Ce projet interdisciplinaire tirera bénéfice de l'association entre une équipe de physiciens du Laboratoire de Physique Statistique (Ecole Normale Supérieure, Paris) ayant une expertise dans le domaine du frottement, de la mécanique et de la fabrication de textures contrôlées, et une équipe de neurophysiologistes de l'Unité de Neurosciences Intégratives et Computationnelles (CNRS, Gif sur Yvette) spécialisés dans l'analyse électrophysiologique des mécanismes corticaux du traitement de l'information sensorielle.