Perspective multi-échelle sur le control attentionel, en tant qu'interface entre la perception et l'action: étude comparative des réseaux corticaux impliqués chez l'homme et chez le macaque. – MAC-Brain
MAC-Brain
MAC-Brain propose une approche nouvelle et systématique à l'étude des signaux de priorité multiples qui guident l'attention dans le cerveau des primates et à l’étude de leur interaction. Il vise à développer une explication théorique intégrée du contrôle attentionnel dans le cerveau humain et macaque, parallèlement à un effort pour le rendre bien disponible pour la traduction dans un cadre computationnel complet, avec la collaboration et au service des plates-formes computationnelles de HBP.
Le projet MAC-Brain propose une approche nouvelle, intégrée et systématique pour l'étude du contrôle attentionnel dans le cerveau des primates humains et non humains.
Les mécanismes de contrôle attentionnel (CA) ont été largement étudiés chez les primates, montrant que plusieurs facteurs déterminent la façon dont le cerveau traite sélectivement les informations sensorielles entrantes et cible la sortie motrice vers des comportements pertinents dans l'environnement. Le CA peut être considéré comme un mécanisme global qui intègre les signaux de plusieurs domaines cognitifs afin d'attribuer des priorités attentionnelles à des entrées sensorielles et de sélectionner la réponse motrice au service du comportement. Les preuves disponibles ont déjà identifié des corrélats neurophysiologiques de différents facteurs contribuant au CA, mais la nature spécialisée des essais précédents a empêché une étude systématique des interactions entre ces facteurs. De plus, les études du comportement chez l'homme et les macaques ont été typiquement optimisées en fonction de différentes contraintes, freinant toute intégration. Pour combler ces lacunes, notre effort de recherche sera conçu de manière à atteindre deux objectifs stratégiques : 1) Générer un ensemble de protocoles hautement standardisés pour étudier l'influence unique et combinée des signaux de priorité spécifiques dans un cadre expérimental identique pour toutes les espèces (homme/macaque) et techniques. 2) Rassembler un ensemble de preuves multidimensionnelles inter-espèces associé à l'implémentation neuronale de ces signaux prioritaires, tel qu'obtenu par une collection d'approches méthodologiques caractérisées par une résolution spatiale et temporelle très diversifiée. Le principal objectif scientifique du projet et l'avancement théorique prévu seront de découvrir l'architecture fonctionnelle de l'attention pour révéler le degré d'indépendance ou la synergie entre les différents signaux de priorité et, en dernière analyse, pour comprendre le rôle de la ségrégation fonctionnelle par rapport à l’intégration/convergence dans l'implémentation neuronale du CA.
Conformément au plan original du projet MAC-Brain, les activités de recherche développées jusqu'à présent comprenaient la conception et la validation de paradigmes expérimentaux simples et hautement standardisés, visant à tester l'influence unique et combinée d'une variété de signaux de priorité attentionnelle. Plus précisément, un ensemble de protocoles expérimentaux a été créé, affiné et progressivement mis en forme dans le but de garantir une série de caractéristiques spécifiques, notamment: - des variantes d'un même paradigme sont utilisées pour étudier différents signaux de priorité; - tous les paradigmes expérimentaux peuvent être testés sur des participants humains, mais répondent également aux contraintes de base de la recherche animale; - la conception des protocoles est optimisée afin de révéler des caractéristiques distinctes de la sélection attentionnelle et de la suppression des distracteurs; - les résultats montrent les signatures d'un signal de priorité spécifique avec une puissance statistique robuste. Comme prévu, des études en neurosciences ont également été complété dans le but de dresser un cadre général des corrélats neuronaux du CA, en collectant des preuves pour un sous-ensemble des paradigmes mentionnés ci-dessous avec différentes techniques, y compris fMRI et EEG chez des volontaires sains humains.
Un ensemble d'expériences comportementales chez des volontaires sains humains a démontré la pertinence et la robustesse des protocoles développés pour étudier l'influence unique et combinée d'un premier ensemble de signaux de priorité (y compris les signaux top-down, bottom-up et dépendant de l'expérience). De plus, les preuves recueillies ont fourni des informations très intéressantes et prometteuses sur les interactions entre eux. Surtout, des protocoles comportementaux traitant de l'impact unique de différentes sources de CA ont également été testés chez le macaque et des signatures comportementales distinctes de signaux de priorité spécifiques ont été trouvées. Ces résultats démontrent l'adéquation des paradigmes développés à la mise en œuvre avec différentes espèces, ce qui est une première étape fondamentale vers la réduction du fossé entre la recherche au niveau de système chez l'homme et l'électrophysiologie au niveau neuronal chez le macaque.
Les premières expériences de neurosciences (fMRI et EEG) chez des volontaires sains humains ont été conçues pour mener une enquête sur les circuits et les représentations locales afin de mettre en évidence les caractéristiques locales critiques qui pourraient sous-tendre les modulations attentionnelles liées à différents signaux de priorité. Bien que les progrès soient encore préliminaires à cet égard, les études achevées constituent un premier pas vers la collecte d'un ensemble multidimensionnel de preuves associé à l’implémentation neuronale de différents signaux de priorité, le deuxième objectif majeur du projet de recherche MAC-Brain.
La principale réalisation du projet MAC-Brain jusqu'à présent est d'avoir développé des protocoles standardisés pour étudier l'influence distincte et combinée de signaux de priorité attentionnelle spécifiques, qui peuvent être mis en œuvre dans des études de neurosciences cognitives chez des volontaires sains humains et également facilement adapté au milieu de l'électrophysiologie chez le macaque. Les principaux protocoles développés jusqu'à présent ont été optimisés pour étudier l'impact unique et combiné des signaux de priorité top-down, bottom-up et dépendant de l'expérience.
Une deuxième réalisation majeure de notre recherche est d’avoir commencé à rassembler un ensemble multidimensionnel de preuves associées à l’implémentation neuronale de différents signaux de CA, obtenue en appliquant différentes techniques de neuroscience. Afin d'étendre l'étude, des enregistrements neurophysiologiques seront effectués dans les prochains mois dans les régions visuelles et dans les régions de contrôle attentionnel dorsal du cerveau du primate non humain. Des approches analytiques standard sur les signaux intracrâniens (mono-unité et LFP) seront appliquées dans une première phase, tandis que des expériences d'enregistrement multi-région et multi-unité plus complexes seront programmées par la suite.
Conformément à l'objectif général du projet, le Consortium MAC-Brain est pleinement engagé dans la création d'un ensemble multidimensionnel et multi-espèces de preuves. Une fois finalisé, ce dernier pourrait être mis à disposition en tant que ressource commune pour l'ensemble du HBP ; le format le plus adapte est actuellement en discussion entre les membres de l'équipe MAC-Brain. En raison de l'étape préliminaire de la collecte de résultats et à la lumière de la nouveauté connexe, les ensembles de preuves contenant des résultats comportementaux, fMRI et EEG ne sont actuellement disponibles que sur demande raisonnable et dans le plein respect des Droits de Propriété Intellectuelle.
*Chelazzi L, Marini F, Pascucci D, Turatto M (2019). Getting rid of visual distractors: the why, when, how, and where. Curr Opin Psychol. 29:135-147. doi: 10.1016/j.copsyc.2019.02.004
*Dezwaef J, Rigoni D, Boehler CN, Demanet J, Desmet T, Cracco E, Brass M. Investigating event-related potentials related to neural mechanisms of immediate price evaluation. Journal of
Consumers Psychology, under review.
*Leonardo Chelazzi, University of Verona - Talk: “Compiling Attentional Priority from Multiple Sources of Control: Goal, Salience, Reward and Prediction” - WORKSHOP: “Perception and attention mechanisms in the primate brain: An integrated, multi-component perspective”, EITN Paris, November 26, 2019
*Leonardo Chelazzi, Carola Dolci, Rossana Serpe, University of Verona - Talk: “MAC-Brain: uncovering the degree of independence vs. synergy between different attentional priority signals” - WORKSHOP: “Perception and attention mechanisms in the primate brain: An integrated, multi-component perspective”, EITN Paris, November 26, 2019
*Suliann Ben Hamed, Institut des Sciences Cognitives Marc Jeannerod, Lyon - Talk: “Top-down attention, temporal expectation and spatial priority maps: insights from the real-time decoding of the attentional spotlight” - WORKSHOP: “Perception and attention mechanisms in the primate brain: An integrated, multi-component perspective”, EITN Paris, November 26, 2019
*Einat Rashal, Ghent University - Talk: “Markers of attentional selection in the human EEG” - WORKSHOP: “Perception and attention mechanisms in the primate brain: An integrated, multi-component perspective”, EITN Paris, November 26, 2019
*Emiliano Macaluso, Lyon Neuroscience Research Center – Talk: “Contribution of endogenous and stimulus-driven signalling to visuo-spatial orienting: fMRI in humans” - WORKSHOP: “Perception and attention mechanisms in the primate brain: An integrated, multi-component perspective”, EITN Paris, November 26, 2019
Coordination du projet
Leonardo Chelazzi (University of Verona)
L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.
Partenariat
GU Ghent University
CNRS - UMR5229 Centre national de la recherche scientifique
UNIVR University of Verona
CRNL - Inserm U1028 CENTRE DE RECHERCHE EN NEUROSCIENCES DE LYON (CRNL)
Aide de l'ANR 327 996 euros
Début et durée du projet scientifique :
- 36 Mois
