Cerveau : vers de nouveaux outils pour estimer, quantifier et comparer la dynamique cérébrale

Le cerveau – et en particulier le cerveau humain – est probablement l'organe le plus complexe qui existe.

Comprendre son fonctionnement reste un défi pour la science moderne. Si on comprend assez bien ce qui s'y passe au niveau du neurone, le comportement macroscopique de ce système qui contient quelque 100 milliards  de neurones reste – somme toute – assez mal compris.

Depuis les dix ou vingt dernières années, la vision de l'organisation et de l'activité du cerveau a bien évolué. On est passé d'une vision assez statique où des aires cérébrales étaient associées à des tâches bien spécifiques à une vision beaucoup plus complexe où différentes aires se "mettent en réseau" pour réaliser une tâche, et ce, de façon dynamique (les réseaux fluctuent en fonction du temps).

Un des challenges de la science actuelle est de disposer de moyens qui permettent de mieux comprendre de manière macroscopique comment fonctionnent ou dysfonctionnent nos cerveaux.

Fournir des outils qui permettent d'estimer, quantifier et comparer la dynamique cérébrale au niveau macroscopique est le sujet central de Cronos.

Nous cherchons à développer des modèles et des algorithmes qui permettent d'estimer, comprendre et quantifier de manière non invasive le cerveau entier.

Pour cela, nous souhaitons utiliser le concept unificateur de réseau dynamique pour intégrer et analyser les informations issues de diverses modalités d'observation du fonctionnement du cerveau dans des modèles globaux cohérents. C'est dans cette optique que nous voulons développer des méthodes d'analyse et de traitement des données à différents niveaux d'abstraction.

Il y a avant tout des applications cliniques.

Nous espérons que nos outils permettront aux médecins de mieux diagnostiquer, mieux comprendre ou mieux traiter différentes maladies liées au cerveau.  Des applications plus ludiques (mais qui ont aussi des déclinaisons cliniques) sont les interfaces cerveau-ordinateur qui permettent de "lancer des commandes" directement à partir des signaux mesurés sans passer par une activité musculaire.

Nous travaillons surtout avec les hôpitaux qui - heureusement - ne sont pas tout à fait des "industries", mais qui sont souvent assimilés comme tels lorsque l'on parle de relations industrielles.

Nos partenaires les plus proches sont les hôpitaux de Pasteur à Nice et La Timone à Marseille. Ils nous permettent d'avoir accès à des données et nous aident à définir des objectifs qui seront, in fine, utiles aux patients, ce qui est crucial pour notre activité. Nous avons aussi quelques relations plus typiquement industrielles avec des fournisseurs de matériel (soit en tant que clients, soit comme partenaires dans des contrats) qui nous permettent l'utilisation et l'étude de nouveaux capteurs qui permettront d'améliorer la qualité des signaux sur lesquels nous travaillons ou en simplifient l'usage.

Les modalités d'imagerie (au sens large) qui permettent de mesurer l'activité du cerveau se sont multipliées et largement améliorées ces dix ou vingt dernières années. En même temps, certaines d'entre elles se sont – relativement – démocratisées. Comme dans beaucoup d'autres domaines, il y a une explosion de la quantité des données disponibles.

Un grand challenge reste celui de la fusion de ces données qui peuvent être très hétérogènes, tant par la nature des quantités qui sont mesurées que par leurs caractéristiques spatiales ou temporelles. De plus, nous sommes passés dans le même temps d'une vision statique de l'activité cérébrale (on regardait ce qui se passe à un instant donné), à une vision beaucoup plus dynamique.

Nos sujets de recherche se trouvent à la frontière entre traitement du signal et de l'image (de l'informatique donc), des neurosciences – puisque nous nous intéressons au traitement de données qui mesurent l'activité du cerveau et du système nerveux central ou périphérique – avec l'utilisation d'outils mathématiques ou d'analyse numérique.
Enfin nous sommes amenés régulièrement à travailler avec des biologistes ou des médecins pour les aspects plus médicaux.

En complément de ma participation à des comités internes Inria, je suis membre élu du conseil académique d'Université Côte d'Azur.

Je suis également membre du conseil scientifique de l'institut Neuromod, que je représente aussi au Conseil d'orientation scientifique et pédagogique (COSP) de l'École Universitaire de Recherche (EUR) Healthy.

Je participe enfin à quelques comités éditoriaux pour divers journaux et conférences.