Cartographie Cérébrale de la Cognition Spatiale et Sociale chez les Primates avec une approche "CIM2" (Comparative, Immersive, Multimodale et Multicentrique) – CIM2

Nous assistons à un changement de paradigme dans les neurosciences intégratives, passant d'une conception «régionale« à une conception «en réseau« des fonctions cognitives du cerveau. Cette évolution s'accompagne d'une multiplication des études d'imagerie adoptant des stratégies multimodales orientées réseau. Si le présent projet s'inscrit clairement dans la même veine, en combinant l'IRMf, l'IRMf de repos et le DTI, il se distingue néanmoins des études précédentes par des aspects véritablement innovants : (1) stimulation naturaliste immersive pour un double ciblage cognitif, (2) approche comparative pour une perspective évolutive et (3) mise en œuvre multicentrique pour des résultats solides et généralisables.

Le développement des séquences d'IRMf, d'IRMf de repos et de DTI chez le singe nous a permis de boucler une première étude publiée dans Cerebral Cortex. Cette étude décrit la connectivité fonctionnelle et structurelle d'une aire cingulaire, CSv, impliquée dans le contrôle de la locomotion. Le réseau cortical mis en évidence est très similaire à celui mis en évidence par la mettre approche chez l'homme, montrant une organisation fonctionnelle très similaire entre ces 2 espèces de primates.

Nous développons de nouvelles approches pour l'analyse des contenus spatiaux et sociaux de vidéos naturelles. Elles nous permettront de sélectionner le matériel nécessaire pour lancer la cartographie simultanée des aires impliquées dans la cognition spatiale et dans la cognition sociale par IRMf.

DeCastro V, Smith AT, Beer AL, Leguen C, Vayssière N, Héjja-Brichard Y, Audurier P, Cottereau BR, Durand JB (2020). Connectivity of the cingulate sulcus visual area (CSv) in macaque monkeys. Cerebral Cortex (in press).

DeCastro V, Leguen C, Héjja-Brichard Y, Audurier P, Cottereau BR, Durand JB (2019). Connectivity of the cingulate sulcus visual area (CSv) in macaque monkeys. Program No. 404.07. 2019 Neuroscience Meeting Planner. Chicago, IL: Society for Neuroscience, 2019. Online.

Les primates sont dotés de cognitions spatiale et sociale sophistiquées, qui traitent respectivement les dimensions physique et sociale de l'environnement. Ces deux fonctions cognitives ont été invoquées pour expliquer l'agrandissement massif du cerveau observé chez les primates. On considère qu’elles culminent chez l'Homme : leur interaction pourrait être à l'origine de productions spécifiquement humaines, telles que la fabrication d'outils, les langages et les cultures, et leur déficience conduit à des déficits massifs tels que la négligence spatiale et l'ataxie pour la cognition spatiale, ou la schizophrénie et l'autisme pour la cognition sociale. Pourtant, on sait étonnamment peu de choses sur les mécanismes cérébraux qui soutiennent, chez l’homme, cognitions spatiale et sociale, mais aussi sur le degré de similarité de ces mécanismes chez les primates non-humains. Dans le présent projet, nous proposons d'utiliser l'imagerie par résonance magnétique pour caractériser les réseaux cérébraux qui soutiennent les cognitions spatiale et sociale chez les primates humains et non-humains. Notre objectif est triple, car nous cherchons à comprendre : (1) les propriétés structurelles et fonctionnelles de ces réseaux, (2) leurs relations réciproques et (3) leurs spécificités chez l'homme par rapport aux primates non-humains.
Selon nous, ces questions importantes peuvent maintenant être abordées directement et de manière globale, grâce aux récentes percées théoriques et technologiques opérées par les Neurosciences Intégratives. Nous proposons de réunir ces percées dans une approche innovante, que nous avons nommé "CIM2" car elle est :
• Comparative : les mêmes protocoles d'imagerie seront appliqués à des sujets humains et à des singes macaques, permettant une comparaison directe entre espèces ;
• Immersive : des stimuli audiovisuels naturalistes et immersifs seront utilisés pour cartographier simultanément les réseaux cérébraux en charge des cognitions spatiale et sociale au sein d'un même individu ;
• Multimodale : plusieurs protocoles d'imagerie structurale (T1, myéline, DTI) et fonctionnelle (IRMf à l'état de repos et à l'état de tâche) seront combinés pour caractériser ces réseaux structurellement et fonctionnellement ;
• Multicentrique : trois centres de recherche nationaux mettront en œuvre la même approche expérimentale pour l’inclusion de cohortes plus importantes d'humains et de singes, ouvrant ainsi une voie nouvelle pour la réalisation de des comparaisons interspécifiques robustes.
Les trois partenaires nationaux sont le CerCo à Toulouse (UMR 5549), l'ISCMJ à Lyon (UMR 5229) et l'INT à Marseille (UMR 7289), qui sont tous connus pour leur expertise complémentaire dans le domaine des cognitions spatiale et sociale. Ils possèdent tous des plateformes d'imagerie équipées de scanners 3 Tesla dédiés à la recherche sur les primates humains et non-humains. Grâce à cette collaboration, ils partageront notamment leurs compétences et leur expérience en imagerie par résonance magnétique chez les primates non-humains, en renforçant l'implantation nationale de ces approches et en structurant la première étude multicentrique dans ce domaine.
Avec ce projet, nous espérons (1) mieux comprendre comment le cerveau implémente cognitions spatiale et sociale et (2) fournir une preuve d'utilité de l’approche "CIM2" pour étudier les réseaux cérébraux cognitifs. Nos découvertes devraient également alimenter de nombreux domaines des sciences appliquées. Notamment, alors qu’un nombre croissant d'études cliniques établissent un lien entre troubles cognitifs et perturbations des réseaux cérébraux, il apparaît crucial d’avoir une bonne définition de leurs propriétés structurales et fonctionnelles dans le cerveau sain. Dans le domaine de l'intelligence artificielle, le développement de la technologie des agents sociaux pourrait également s'inspirer de la façon dont le cerveau fait face aux dimensions physique et sociale de l'environnement.