Dynamique fonctionnelle des systèmes in vivo et in silico – FunSy

L’équipe FunSy associe neurosciences computationnelles, expérimentales et théoriques pour intégrer de manière fluide l’étude de la dynamique neuronale à travers différentes échelles. Sa spécificité réside dans la synergie entre électrophysiologie, enregistrements optiques et modélisation, permettant d’explorer les circuits neuronaux in vivo et in silico via des approches innovantes. Nous cherchons à redéfinir la compréhension des fonctions cérébrales, en mettant l’accent non sur l’architecture des circuits (« hardware »), mais sur leur dynamique interne (« software »). Selon notre hypothèse, la complexité temporelle de l’activité neuronale est une ressource fonctionnelle, et non un simple bruit.

Nous concentrons nos recherches sur la dynamique hippocampique multi-échelle et son rôle dans le comportement mémoire-dépendant. Grâce à des enregistrements par silicon probe haute densité, à la photométrie multifibres et à la modélisation, nous étudierons comment les assemblées neuronales et les oscillatory bursts codent ensemble l’information comportementale, et comment ce couplage est influencé par l’apprentissage ou altéré en pathologie. Nous explorerons plus particulièrement les interactions entre ces deux « langages » de l’hippocampe – motifs de spikes et bursts oscillatoires – et leur pouvoir prédictif sur le comportement.

Notre premier objectif est d’identifier des correspondances entre ces signaux lors de tâches de mémoire spatiale. Nous avançons que les oscillatory bursts pourraient jouer un rôle de « masques attentionnels » analogues à ceux des réseaux de neurones artificiels, pondérant dynamiquement l’impact des entrées passées en fonction de leur temporalité. Nos simulations montrent que ces bursts multi-fréquences façonnent des filtres temporels modulant l’intégration des spikes – mécanisme proche de l’attention dans les architectures neuronales modernes.

Nous analyserons aussi comment les réseaux afférents de l’hippocampe (cortex entorhinal, rétrosplénial, préfrontal...) contribuent à moduler cette dynamique. Grâce à la photométrie multifibres, nous testerons l’hypothèse que ces configurations d’entrée jouent le rôle d’états « méta-attentionnels » qui influencent les traitements locaux orchestrés par les bursts.

Enfin, nous explorerons la valeur fonctionnelle de cette complexité dynamique, en examinant si son altération dans des modèles murins de la maladie d’Alzheimer est prédictive de déficits cognitifs, ou si, au contraire, l’enrichissement environnemental peut restaurer le couplage entre spikes et oscillations.

Ce projet relie de manière intégrée expérimentation et modélisation à travers les échelles. Il propose aussi des avancées méthodologiques (algorithmes de décodage, modélisation de réseaux neuronaux attentionnels). L’ambition de FunSy est de dégager de nouveaux principes computationnels fondés sur la coordination temporelle transitoire — et de contribuer à une compréhension renouvelée de la mémoire, de la cognition et de leurs troubles.