Dynamique hors-équilibre des systèmes sensoriels – IRREVERSIBLE

Les organismes biologiques, des bactéries aux groupes d'animaux, sentent leur environnement pour prendre des décisions de manière informée. Les systèmes sensoriels répondent à des stimuli complexes variant sur de nombreux ordres de grandeurs avec une grande précision, en adaptant leur gamme dynamique aux statistiques de l'environnement. Ils sont entraînés extérieurement par le stimulus et sont donc des exemples de systèmes thermodynamiques hors équilibre couplés à des paramètres de contrôle.

La rétine est un modèle idéal pour étudier le codage sensoriel complexe, car les nouvelles technologies multi-électrodes permettent d'enregistrer sa sortie de manière exhaustive. La réponse rétinienne repose sur l'activité collective de ses neurones pour encoder la connaissance de l'environnement. Cette activité conjointe est fortement corrélée, faisant de la mécanique statistique un langage naturel pour la décrire.

IRREVERSIBLE vise à construire une théorie hors-équilibre et dynamique à N corps des systèmes sensoriels, en réponse à des stimuli complexes et irréversibles. Il utilisera une combinaison de calculs théoriques et d'expériences dans la rétine des vertébrés. Les objectifs spécifiques du projet sont les suivants:

- construire une théorie d'un encodeur adaptatif optimal traitant des stimuli dynamiques évoluant sur plusieurs échelles de temps et ordres de grandeur, et liant sa performance à des mesures de violation d'équilibre;

- l'apprentissage de modèles dynamiques hors-équilibre de l'activité collective des populations neuronales à partir d'enregistrements multi-électrodes de cellules ganglionnaires rétiniennes;

- tester les capacités d'adaptation de la rétine à la lumière de ses propriétés hors-équilibre, et les relier à l'architecture du réseau rétinien.

- évaluer l'applicabilité de la théorie à d'autres systèmes sensoriels, en étudiant des exemples de détection cellulaire dans des environnements chimiques complexes.

Le résultat de l'étude sera une meilleure compréhension de l'encodage collectif des stimuli visuels complexes par le réseau rétinien. De façon plus générale, ce sera la première étape vers une théorie thermodynamique générale des systèmes sensoriels. Il fournira également des outils et des concepts pour l'analyse du codage sensoriel dans d'autres contextes.