Notre podcast : Le Salon bleu

Nouvel épisode : « Nous avons regardé l’Europe de l’Est à travers un prisme russe » | La slaviste Schamma Schahadat au Salon bleu

Cerveau et esprit. Fonctions physiques et psychiques du cerveau

1. Sous-programme

Le premier axe de recherche « Cerveau et esprit. Fonctions physiques et psychiques du cerveau » abordait la question la plus complexe à laquelle sont confrontées les neurosciences : Comment le cerveau produit-il les perceptions, le comportement et, finalement, la conscience ?

L'approche de recherche interdisciplinaire associait étroitement des méthodes issues de la physiologie, de la psychologie expérimentale, de la biochimie et des mathématiques. Après cinq ans, le projet s’est achevé avec succès en juin 2007 (colloque de clôture « Molecules – Neurons – Mind », 3-4 juillet 2007 (PDF)

Soutenu par

Image removed.

Traitement et apprentissage des stimuli sensoriels dans le système olfactif

Comment le cerveau génère-t-il les capacités mentales ? Comment perçoit-il son environnement ? Comment le comportement naît-il en réaction aux influences de l'environnement et du monde intérieur ? Ces questions comptent parmi les plus fascinantes et, en même temps, les plus difficiles des neurosciences modernes. Malgré une abondance considérable de nouvelles découvertes, nous sommes encore loin de l'objectif consistant à expliquer l'esprit à partir du fonctionnement du cerveau. Pour trouver des réponses possibles à ces questions, il est nécessaire de comprendre comment des éléments constitutifs simples génèrent des systèmes complexes dotés de nouvelles propriétés qui dépassent la somme des propriétés de ces éléments individuels.

L'approche de recherche de ce projet consistait à étudier l'interaction entre des niveaux de complexité différents dans le traitement neuronal de l'information à l'aide d'un système modèle simple : le système olfactif de la souris. La discrimination des odeurs dans le système olfactif a été étudiée aux niveaux du comportement, des propriétés de population, in vivo et in vitro ; les résultats ont été associés à des études de paramètres et à la modélisation mathématique afin de créer et de valider, à partir des données expérimentales, des modèles de réseaux de cellules nerveuses.

Publications issues du projet :
  • Reidl, J., Starke, J., Omer, D.B., Grinvald, A., Spors, H. (2007). L’analyse en composantes indépendantes de données d’imagerie à haute résolution identifie des domaines fonctionnels distincts. NeuroImage 34(1) : 94–108.
  • Abraham, N.M., Shimshek, D.R., Seeburg, P.H., Klugmann, M., Schaefer, A.T., Kuner, T. (2006). La suppression, définie dans l’espace et dans le temps, des récepteurs ionotropiques du glutamate au niveau des synapses réciproques du bulbe olfactif affecte le temps de discrimination des odeurs. Victor Rothschild Memorial Symposia, 14e École de printemps de Jérusalem en sciences de la vie, Jérusalem, Israël, avril 2006.
  • Reidl, J. ; Borowski, P. ; Sensse, A. ; Starke, J. ; Zapotocky, M. ; Eiswirth, M. (2006). Modèle d'oscillations intracellulaires du Ca dues à une rétroaction négative. Biophysical Journal 90(4) : 1147–1155.
  • Schaefer, A.T., Angelo, K., Spors, H., Margrie, T.W. (2006). Les oscillations neuronales améliorent la discrimination des stimuli en garantissant la précision des potentiels d’action. PLoS Biology 16.
  • Spors, H., Wachowiak, M., Cohen, L.B., Friedrich, R.F. (2006). Dynamique temporelle et profils de latence des signaux des neurones récepteurs vers le bulbe olfactif. J. Neurosci., 26(4) : 1247–1259.
  • Shimshek, D.R., Bus, T., Kim, J., Mihaljevic, A., Mack, V., Seeburg, P.H., Sprengel, R., Schaefer, A.T. (2005). Amélioration de la discrimination des odeurs et altération de la mémoire olfactive par une commutation spatialement contrôlée des récepteurs AMPA. Plos Biology 3.
  • Abraham, N.M., Spors, H., Carleton, A., Margrie, T., Kuner, T., Schaefer, A.T. (2004). Maintenir la précision au détriment de la vitesse : la similitude des stimuli détermine le temps de discrimination des odeurs chez la souris. Neuron 44 : 865–876.

Événement organisé dans le cadre du projet :

Atelier : « Modèles de réseaux neuronaux du bulbe olfactif » (18–19 décembre 2003)

Participants :
  • Prof. Dr Thomas Kuner
  • Dr Andreas Schaefer
  • Dr Hartwig Spors
  • Prof. Dr Jens Starke

Codage neuronal du mouvement chez le singe et chez l'homme : des cellules individuelles et des ensembles de cellules à l'interface cerveau-ordinateur

Ce projet visait à mieux comprendre le contrôle neuronal du mouvement et à optimiser l'interface cerveau-ordinateur, en associant la recherche fondamentale en neurophysiologie à des questions orientées vers les applications et pertinentes sur le plan clinique. L'objectif était, d'une part, d'étudier de manière comparative le codage des paramètres des mouvements volontaires chez le singe et l'homme à plusieurs niveaux d'organisation neuronale. Sur cette base, il s’agissait ensuite d’étudier le potentiel prometteur d’une interface cerveau-ordinateur (BCI) reposant sur l’électrocorticogramme (ECoG) dérivé directement du cortex humain.

Publications issues du projet :
  • Ball T., Schulze-Bonhage A., Aertsen A., Mehring C. (2009). Représentation différentielle de la direction des mouvements du bras en fonction de l’anatomie et de la fonction corticales. J. Neural. Eng. 6(1) : 016006.
  • Pistohl T., Ball T., Schulze-Bonhage A., Aertsen A., Mehring C. (2008). Prédiction des trajectoires de mouvement du bras à partir d’enregistrements ECoG chez l’homme. J Neurosci Methods 67(1) : 105–114.
  • Ball T., Demandt E., Mutschler I., Neitzel E., Mehring C., Vogt K., Aertsen A., Schulz-Bonhage A. (2008). Activité liée au mouvement dans la bande gamma haute de l’EEG humain. Neuroimage 41(2008) : 302–310.
  • Rickert J., de Oliveira S.C., Vaadia E., Aertsen A., Rotter S., Mehring C. (2005). Codage de la direction du mouvement dans différentes gammes de fréquences des potentiels de champ locaux du cortex moteur. J. Neurosci. 25(2005) : 8815–8824.
  • Mehring C., Nawrot M.P., de Oliveira S.C., Vaadia E., Schulze-Bonhage A., Aertsen A., Ball T. (2004). Comparaison des informations relatives à la direction du mouvement du bras dans des canaux individuels de potentiels de champ locaux et épicorticaux issus du cortex moteur du singe et de l’homme. J Physiol Paris 98(4/6) : 498–506.
  • Weiskopf N., Klose U., Birbaumer N., Mathiak K. (2004). Compensation en une seule acquisition des distorsions d’image et optimisation du contraste BOLD à l’aide de l’EPI multi-échos pour l’IRMf en temps réel. Neuroimage.
  • Weiskopf N., Mathiak K., Bock S.W., Scharnowski F., Veit R., Grodd W., Goebel R., Birbaumer N. (2004). Principes d’une interface cerveau-ordinateur (BCI) basée sur l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) en temps réel. IEEE Transactions on Biomedical Engineering 51 : 966–970.
  • Weiskopf N., Scharnowski F., Veit R., Ball T., Mathiak K., Zopf R., Studer P., Grodd W., Goebel R., Birbaumer N. (2004). Autorégulation du signal BOLD local et ses conséquences comportementales : une étude IRMf en temps réel. Résumé présenté lors de la 44e réunion annuelle de la SPR, à Santa Fe, au Nouveau-Mexique.
  • Mehring C., Ball T., Rickert J., Nawrot M. (2003). Représentation des mouvements du bras dans différents signaux neuronaux. 48e congrès annuel de la Société allemande de neurophysiologie clinique et d’imagerie fonctionnelle, du 8 au 12 octobre, Fribourg (Allemagne).

Membres du collège :
  • Dr Tonio Ball
  • Dr Carsten Mehring
  • Dr Martin Nawrot
  • Dr Nikolaus Weiskopf

Représentation neuronale de la communication des émotions

Malgré l'importance majeure de l'expression affective et des contenus émotionnels dans la communication humaine, les fondements neuronaux de la communication des émotions restent largement méconnus. Dans le but d’affiner les connaissances sur la représentation des aspects affectifs de la communication dans les schémas d’activation corticale et les réseaux neuronaux, le traitement et l’intégration de stimuli affectifs linguistiques, prosodiques, mimiques, visuels et acoustiques chez des sujets sains et des personnes souffrant de troubles affectifs, à l’aide d’une combinaison de techniques offrant une haute résolution temporelle (EEG, MEG) et spatiale (IRMf) ainsi que des techniques d’imagerie des processus biochimiques (spectroscopie par résonance magnétique).

Publications issues du projet :
  • Demirakca T., Herbert C., Kissler J., Ruf M., Wokrina T., Ende G. (2009). Corrélats neuronaux communs à la lecture d’adjectifs émotionnellement positifs et négatifs. Open Neuroimaging Journal 09(3) : 54–57.
  • Herbert C., Ethofer T., Anders S., Junghöfer M., Wildgruber D., Grodd W., Kissler J. (2009). Activation de l’amygdale lors de la lecture d’adjectifs émotionnels – un avantage pour les contenus agréables. Social Cognitive and Affective Neuroscience 4(1) : 35–49.
  • Ethofer T., Anders S., Erb M., Herbert C., Wiethoff S., Kissler J., Grodd W., Wildgruber D. (2006). Voies cérébrales impliquées dans le traitement de la prosodie affective : une étude par modélisation causale dynamique. Neuroimage 30(2) : 580–587.
  • Anders S., Birbaumer N., Sadowski B., Erb M., Mader I., Grodd W., Lotze M. (2004). Le cortex d’association somatosensoriel pariétal intervient dans la perception affective aveugle. Nature Neuroscience 7(4) : 339–340.
  • Herbert C., Kissler J., Junghöfer M., Peyk P. (2004). Lecture de mots émotionnels présentés rapidement – Une étude ERP. Psychophysiology, 41, Suppl. : 46.
  • Kissler J., Herbert C., Junghöfer M., Grodd W., Wildgruber D. (2004). Traitement rapide des mots émotionnels – données convergentes issues de l’EEG et de l’IRMf. 10e Conférence internationale sur la cartographie fonctionnelle du cerveau humain, Budapest, Neuroimage, supplément et CD-ROM.
  • Wildgruber D., Riecker A., Hertrich I., Erb M., Grodd W., Ackermann H., Anders S. (2004). Des régions frontales distinctes interviennent dans l’évaluation des aspects linguistiques et affectifs de l’intonation. Cerebral Cortex 14 : 1384–1389.
  • Wildgruber D., Lotze M., Birbaumer N., Erb M., Grodd W., Anders S. (2003). Traitement d’un visage conditionné de manière aversive dans les hémichamps visuels gauche et droit : une étude IRMf [résumé]. Présenté lors de la 9e Conférence internationale sur la cartographie fonctionnelle du cerveau humain, du 19 au 22 juin, à New York, NY. Disponible sur CD-ROM. Neuroimage 19(2).

Membres de l'équipe :
  • Dr Silke Anders
  • Dr Markus Junghöfer
  • Dr Johanna Kissler
  • Dr Dirk Wildgruber
  • Dr Tim Wokrina

Partenaire associée au projet :

Dr Gabriele Ende