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Axe Interdisciplinaire de Recherche de l’Université de Nice – Sophia Antipolis

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Workshop

jeudi 10 octobre 2013

Objectifs du workshop

Durant cette journée, les acteurs des approches formelles et ceux des approches expérimentales pourront présenter leurs méthodes et leurs besoins vis-à-vis de l’autre communauté, afin d’identifier les possibilités concrètes d’interactions.

Nous vous proposons de regrouper les interventions suivant les méthodologies/thématiques ci-dessous :

Approches formelles :
- Analyse statistique de l’activité neuronale unitaire au cours du comportement animal
- Modélisation et analyse de données EEG, MEG au cours du comportement humain et IRM de diffusion
- Modélisation et analyse de données neurobiologiques issues de techniques d’imagerie
- Méthodes formelles et algorithmiques pour l’étude des graphes de neurones
- Modélisation (modèles continus, discrets, en champ moyen, etc.) et simulation de neurones et réseaux de neurones à différentes échelles
- Interfaces cerveau-machine

Approches expérimentales :
- Génétique et imagerie du développement cérébral
- Biologie moléculaire et électrophysiologie des canaux ioniques
- Electrophysiologie cellulaire et macroscopique
- Neuropsychologie des processus cognitifs
- Etudes de cohortes en Médecine et en Psychologie

Merci d’envoyer à grammont at unice.fr votre proposition de présentation d’une quinzaine de minutes…

Résumés des présentations

Liste complétée au fur et à mesure… La langue utilisée durant le workshop sera le français.

How do space time correlations in spike trains shape the neural code ?
Bruno Cessac (Equipe-Projet : NeuroMathComp, INRIA)

Recent advances in neuronal activity recording have made it possible to record simultaneously the action potentials emitted by several hundreds of neurons. This opens up new opportunities to unveil how a neural population collectively responds to a stimulus and, somewhat, encodes this stimulus. Recent experimental investigations have thus questioned the classical paradigm where neurons act as independent sources, and have suggested that space-time correlations, although weak, could play a central role in neuronal coding. This raises interesting mathematical questions that will be addressed in this talk. Is there a canonical form of probability distribution accurately predicting spike statistics ? How to determine significant space-time correlations from an experimental (thus finite) spike train ?

Genetic mechanisms involved in cerebral cortical organization in the mouse
Michèle Studer (Equipe : Genetics of mouse brain development, Institut de Biologie de Valrose)

The lab is interested in understanding at the molecular and cellular level how regional identity is maintained in differentiated cortical pyramidal neurons during development of the cerebral cortex, and whether specific neuronal populations or cortical circuits are peculiar to distinct functional neocortical areas. We are using genetic and molecular tools to follow size and positions of neocortical areas, types of cortical projection neurons and their connections within the mouse brain. We work with the Morpheme team at INRIA to analyze the different neuronal morphologies (cell body shape and dendritic organization) in normal and pathological situations. We wonder whether we could translate our data into a mathematical model in order to obtain theoretical predictions that we could test experimentally.

From RNA regulation to axon morphogenesis : combining genetics, biochemistry, live-imaging and image processing
Florence Besse (Equipe : Axon morphogenesis and local RNA regulation in Drosophila, , Institut de Biologie de Valrose)

The lab is interested in understanding at the molecular and cellular level how axonal morphogenesis is controlled at the post-transcriptional level during brain maturation, using Drosophila as a model system. We are combining different approaches (including genetics, biochemistry, live-imaging) to identify new RNA binding proteins controlling axon morphogenesis and characterize their targets in vivo.
In the context of the Morpheme team, we are also interested in developing new methods to analyze and compare the morphology of mature axon trees, and to characterize and model the properties of developing axon growth.

Développement de méthodes d’analyse de l’activité neuronale unitaire modélisée sous la forme de processus ponctuels
Christine Tuleau-Malot (Groupe NeuroStatMod, Equipe Proba-Stat, Laboratoire J.A. Dieudonné)

Deux pistes sont poursuivies :
- 1. Tests d’indépendance multiples autour de la notion de coïncidences. Si les trains de potentiels d’action sont stationnaires et de Poisson, le problème des tests multiples par paires de neurones a déjà été résolu dans http://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00757323. Il reste cependant plusieurs points délicats : que fait-on si les processus ne sont pas de Poisson et stationnaires ? Que fait-on si l’on veut tester des patterns plus compliques de dépendance ? Pour le premier point, il semble possible d’utiliser des tests de permutation et des méthodes bootstrap. Pour le second, il faut déjà introduire une notion de coïncidences avec délais a plus de deux neurones.
- 2. Estimation des dépendances via les processus de Hawkes. On peut modéliser les dépendances locales entre neurones (cf. http://www.stats.bris.ac.uk/~maxvd/ pour un définition des dépendances locales) par un processus de Hawkes multivariés. Cependant pour obtenir un graphe sparse il faut utiliser des méthodes récentes de type Lasso http://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00722668. Cette méthode doit être cependant adaptée a un cadre non stationnaire ou des changements de type de dépendance peuvent apparaitre pour pouvoir être utilisée en pratique.

Formalisation, modélisation et simulation de réseaux biologiques quelques outils et idées pour les Neurosciences
Alexandre Muzy (I3S, Université de Corte)

D’un point de vue informatique théorique, l’équipe Bio-info de l’I3S travaille au développement de méthodes formelles, à l’étude de réseaux booléens, ainsi qu’à la modélisation (en lien avec la simulation) des systèmes complexes. D’un point de vue applicatif, jusqu’à récemment l’équipe travaillait principalement sur les réseaux génétiques. Plus récemment, notamment au sein du PEPS Neuroconf, une réflexion est menée sur la formalisation, la modélisation, et la simulation des systèmes neuronaux. Nous présentons ici, succinctement, quelques outils et réflexions pouvant donner lieu à des collaborations entre informaticiens et biologistes.

Understanding of the dynamics of semantic processes in memory (experimental approach) and their underlying neuronal structures in the cerebral cortex (modeling approach)
Frédéric Lavigne (Base, Corpus, Langage)

Une partie des recherches développée à BCL (équipe Langage et cognition) porte sur les processus de traitement en temps réel de cooccurrences entre mots. La modélisation bio-inspirée (réseaux corticaux) nécessite de connaître le réseau synaptique codant de nombreux items, sur la base des corrélations observables entre mots, ou entre neurones codant des items reliés en mémoire. Une des problématiques est la reconstruction du réseau synaptique sur la base de corrélations observables entre mots deux à deux, en lien avec la reconstruction de la connectivité fonctionnelle entre neurones sur la base de leurs activités corrélées.

Modèles stochastiques de fonctionnement de neurones individuels et de réseaux de neurones
Etienne Tanré (Equipe-Projet TOSCA, INRIA)

Nous présenterons des modèles simplifiés de neurones et de réseaux de neurones en discutant des sources possibles de "bruit" et des conséquences qualitatives de la prise en compte de dynamiques aléatoires dans l’évolution des potentiels de membranes.

Fonctions uniques vs redondantes de gènes du développement
Thomas Lamonerie (Equipe : Neurodevelopment : Temporal functions of transcription factors in mouse brain development, Institut de Biologie de Valrose)

Pour appréhender le rôle des gènes, le biologiste utilise souvent leur destruction sélective et tente, à partir des effets observés, d’inférer une fonction. Deux obstacles fréquents compliquent cette analyse :
- la reconfiguration du réseau génétique qui peut produire des effets très indirectement liés à la mutation d’origine (plasticité)
- l’existence de gènes apparentés dont l’activité supplante en partie celle du gène détruit (redondance fonctionnelle)
Notre équipe développe une approche permettant la destruction contrôlée dans le temps d’un gène régulateur important dans le développement du système nerveux associée à l’analyse immédiate des conséquences moléculaires. Les modifications du réseau génétique induites éclairent la fonction et révèlent de potentielles situations de redondance fonctionnelle.

Technologies de l’Information et de la Communication : leur apport pour les pathologies neurodéveloppementales et neurodégénératives
Renaud David (Equipe CoBTek, Centre Mémoire de Ressources et de Recherche, CHU de Nice)

Les pathologies neurodéveloppementales, comme la pathologie autistique chez l’enfant, et les atteintes neurodégénératives, comme la maladie d’Alzheimer chez la personne âgée, sont fréquemment associées à des perturbations cognitives, comportementales, de la relation sociale, et peuvent entraîner une perte des habilités pour la réalisation des actes habituels de la vie quotidienne. L’utilisation croissante des Technologies de l’Information et de la Communication dans notre quotidien s’étend progressivement au domaine médical et permet d’apporter au clinicien une aide, à la fois pour l’évaluation des symptômes mais également pour améliorer l’approche thérapeutique non médicamenteuse. Plusieurs applications cliniques seront présentées à partir de l’utilisation de logiciels dédiés avec support numérique tactile et de techniques vidéo de reconnaissance automatisée d’évènements et d’enregistrements actigraphiques de l’activité locomotrice.

Ion channels and pathologies of neuronal excitability
Massimo Mantegazza (Equipe : Physiopathologie moléculaire et cellulaire des canaux Na+ et de l’excitabilité neuronale, IPMC).

Our projects are targeted to the study of ion channels and their influence on neuronal pathophysiology (how they shape neuronal physiological functions, how their modifications cause epilepsy, migraine or neuropathic pain, and how they are modulated or blocked by drugs and toxins), and to the development of molecular strategies for the treatment of pathological cellular excitability.
We are interested in developing models of neuronal excitability and of network activities able to reproduce the effect of pathogenic dysfunctions, in order to better understand pathomechanisms and to identify possible molecular targets for therapeutic approaches.

Molecular mechanisms of neuronal plasticity in health and disease
Ingrid Bethus (Equipe : Molecular mechanisms of neuronal plasticity in health and disease, IPMC)

Our team is working on molecular mechanism of neuronal plasticity and memory. We try to understand how this plasticity can be affected in neurodegenerative disorder as Alzheimer disease. Different technics are used as electrophysiology (field and whole cell analysis), transgenic mice, viral vectors to express recombinant proteins in the rodent’s brain and behavioral tests related to memory.

RNA Metabolism and Neurodevelopment disorders
Barbara Bardoni (Equipe Physiopathology of Intellectual disability, IPMC)

We are interested to study the molecular and cellular bases of some neurodevelopmental disorders having in common abnormal steps in RNA metabolism : Fragile X syndrome, FXTAS (Fragile X associated Trmor/Ataxia Syndrome) and FRAXE-associated mental retardation.
The main interest of our lab is represented by the Fragile X syndrome, the most common form of intellectual disability, due to the absence of the FMRP, an RNA-binding protein mainly involved in translational control.
Our studies are addressed to define pathways involving FMRP that are deregulated in Fragile X syndrome and that could be targeted by a pharmacological therapy.
During last year, to reach our goal we have used different approaches, by searching for interactors of FMRP (RNA & proteins), but also by performing large-scale analyses (such as high throughput sequencing and metabolomics) of different brain regions of Fmr1-null mouse.

Modélisation et analyse de données EEG, MEG au cours du comportement humain et IRM de diffusion
Rachid Deriche (Equipe-Projet Athéna, INRIA)

Image computationnelle du Système Nerveux Central - L’objectif de l’Equipe-Projet Athena est d’explorer le système nerveux central (encéphale et moëlle épinière) grâce à l’imagerie computationnelle et à l’appui de deux grandes familles de modalités : l’IRM de Diffusion (dMRI) d’une part et la Magnéto et l’Electro-encéphalographie (MEEG) d’autre part. Dans cet expośe, je présenterai Athena ainsi que les axes scientifiques sur lesquels nous contribuons pour améliorer les techniques d’acquisition et de traitement, ainsi que les pratiques d’imagerie computationnelle du Système Nerveux Central. Un focus particulier sera mis sur la construction des réseaux de connectivités anatomiques et fonctionnelles.