Sujet de Thèse
Titre :
Etude de relations entre activitées aux échelles cellulaires et macroscopiques.
Application au système visuel de reconnaissance des visages.
Dates :
2019/10/01 - 2022/09/30
Encadrant(s) :
Description :
Les techniques actuelles permettent l'exploration de l'activité électriques cérébrales à différentes échelles spatiales, comme l'EEG de surface, la SEEG, ou les enregistrements micro. Les passages entre ces activités mesurées à différentes échelles restent encore méconnus. L'EEG/SEEG offre une vision de l'activité à l'échelle de la structure cérébrale, largement dominée par l'activité synaptique, plutôt basse fréquence, de populations de neurones synchronisées [1,2]. L'origine des hautes fréquences à cette échelle (>40Hz) est plus controversée, mais pourrait être modulée par l'activité de firing simultané de neurones interconnectés. Au niveau des enregistrements micro, l'activité est un mélange de LFP (activité synaptique) provenant de population lointaine par propagation volumique, de l'activité synaptique de la population environnantes (dont la localisation par rapport à l'électrode reste discutée, entre quelques centaines de micromètres à quelques milimètres [3,4] selon le degré de synchronie et la taille de la population) ainsi que les potentiels d'action (PA) des neurones très proche de l'électrode (jusqu'à 200 um de l'électrode [5,6]). L'identification et la séparation des différentes contributions qui s'ajoutent pour former le LFP permet d'étudier les relations entre ces composantes et de déterminer les liens de causalité entre les structures dont l'activité est mesurée. Cette thèse aura pour cadre l'étude du lobe temporal médian, incluant des structures jouant un rôle important dans la mémoire et la vision. En s'appuyant sur les protocoles d'enregistrement employés dans l'équipe, on cherchera en particulier à mieux comprendre le fonctionnement et le rôle de chacune des structures impliquées dans le processus de reconnaissance des visages.
Le premier objectif est de séparer les différentes contributions dans les signaux enregistrés. On s'appuiera sur la redondance des mesures offertes par l'instrumentation utilisée au CHU de Nancy, qui consiste en des aiguilles d'électrodes constituées d'une dizaine de contacts SEEG espacés de 2mm, complétés à l'extrémité par un pinceau de 9 contacts micro, dont un qui sert de référence locale. A l'échelle cellulaire, il s'agit de séparer et classer les PA visibles (spike sorting), puis de différencier les activités provenant de région lointaine de celles provenant de la population environnante. L'étendue spatiale des sources impactant les mesures micro reste à évaluer dans le cadre de nos mesures, en s'appuyant notamment sur les enregistrements SEEG proches des contact micro. On cherchera alors à extraire la composante locale de la LFP (activité des synapses environnant l'électrode). Les composantes (spikes/LFP) ayant été identifiés pour chacune des structures explorées, les relations intra et inter-echelles entre ces composantes seront étudiées. On cherchera à mettre en lumière les relations et causalités entre les structures et entre les échelles explorées, notamment dans le contexte de la reconnaissance des visages où les protocoles utilisées permettent de connaitre avec précision les instants des stimuli visuels présentés au sujet.
[1] György Buzsàki, Costas A Anastassiou, and Christof Koch. The origin of extracellular fields and currents -- EEG, ECoG, LFP and spikes. Nature reviews neuroscience, 13(6) :407, 2012.
[2] Gaute T Einevoll, Christoph Kayser, Nikos K Logothetis, and Stefano Panzeri. Modelling and analysis of local
field potentials for studying the function of cortical circuits. Nature Reviews Neuroscience, 14(11), 2013.
[3] Steffen Katzner, Ian Nauhaus, Andrea Benucci, Vincent Bonin, Dario L Ringach, and Matteo Carandini. Local
origin of field potentials in visual cortex. Neuron, 61(1) :35-41, 2009.
[4] Henrik Lindén, Tom Tetzlaff, Tobias C Potjans, Klas H Pettersen, Sonja Grün, Markus Diesmann, and Gaute T
Einevoll. Modeling the spatial reach of the LFP. Neuron, 72(5) :859-872, 2011.
[5] Carlos Pedreira, Juan Martinez, Matias J Ison, and Rodrigo Quian Quiroga. How many neurons can we see with
current spike sorting algorithms? Journal of neuroscience methods, 211(1) :58-65, 2012.
[6] Hernan Gonzalo Rey, Carlos Pedreira, and Rodrigo Quian Quiroga. Past, present and future of spike sorting
techniques. Brain research bulletin, 119 :106-117, 2015.
Le premier objectif est de séparer les différentes contributions dans les signaux enregistrés. On s'appuiera sur la redondance des mesures offertes par l'instrumentation utilisée au CHU de Nancy, qui consiste en des aiguilles d'électrodes constituées d'une dizaine de contacts SEEG espacés de 2mm, complétés à l'extrémité par un pinceau de 9 contacts micro, dont un qui sert de référence locale. A l'échelle cellulaire, il s'agit de séparer et classer les PA visibles (spike sorting), puis de différencier les activités provenant de région lointaine de celles provenant de la population environnante. L'étendue spatiale des sources impactant les mesures micro reste à évaluer dans le cadre de nos mesures, en s'appuyant notamment sur les enregistrements SEEG proches des contact micro. On cherchera alors à extraire la composante locale de la LFP (activité des synapses environnant l'électrode). Les composantes (spikes/LFP) ayant été identifiés pour chacune des structures explorées, les relations intra et inter-echelles entre ces composantes seront étudiées. On cherchera à mettre en lumière les relations et causalités entre les structures et entre les échelles explorées, notamment dans le contexte de la reconnaissance des visages où les protocoles utilisées permettent de connaitre avec précision les instants des stimuli visuels présentés au sujet.
[1] György Buzsàki, Costas A Anastassiou, and Christof Koch. The origin of extracellular fields and currents -- EEG, ECoG, LFP and spikes. Nature reviews neuroscience, 13(6) :407, 2012.
[2] Gaute T Einevoll, Christoph Kayser, Nikos K Logothetis, and Stefano Panzeri. Modelling and analysis of local
field potentials for studying the function of cortical circuits. Nature Reviews Neuroscience, 14(11), 2013.
[3] Steffen Katzner, Ian Nauhaus, Andrea Benucci, Vincent Bonin, Dario L Ringach, and Matteo Carandini. Local
origin of field potentials in visual cortex. Neuron, 61(1) :35-41, 2009.
[4] Henrik Lindén, Tom Tetzlaff, Tobias C Potjans, Klas H Pettersen, Sonja Grün, Markus Diesmann, and Gaute T
Einevoll. Modeling the spatial reach of the LFP. Neuron, 72(5) :859-872, 2011.
[5] Carlos Pedreira, Juan Martinez, Matias J Ison, and Rodrigo Quian Quiroga. How many neurons can we see with
current spike sorting algorithms? Journal of neuroscience methods, 211(1) :58-65, 2012.
[6] Hernan Gonzalo Rey, Carlos Pedreira, and Rodrigo Quian Quiroga. Past, present and future of spike sorting
techniques. Brain research bulletin, 119 :106-117, 2015.
Mots clés :
SEEG, micro, spike sorting, signaux multidimensionnels, problème inverse, étude de relations
Conditions :
3 ans
Contrat Doctoral demandé
ED IAEM
Département BioSiS - Neuroscience des systèmes et de la cognition
Hôpital central de Nancy
Profil: master recherche en traitement du signal (ou équivalent)
Contrat Doctoral demandé
ED IAEM
Département BioSiS - Neuroscience des systèmes et de la cognition
Hôpital central de Nancy
Profil: master recherche en traitement du signal (ou équivalent)
Département(s) :
| Biologie, Signaux et Systèmes en Cancérologie et Neurosciences |
Financement :
Contrat doctoral demandé (ED IAEM)
