Neurosciences computationnelles

L'essence du programme de recherche de l'ELSC : Le modèle théorique et computationnel

L'ELSC est l'un des seuls endroits dans le monde où l'on aborde les sciences du cerveau en intégrant différentes disciplines dans un cadre théorique qui englobe tous les domaines de recherche actuels. Cette approche pionnière applique le principe aristotélicien selon lequel « le tout est plus grand que la somme de ses parties. » Tous les projets de recherche sont reliés ; même si chacun a son propre champ d'étude, tous contribuent à mieux faire comprendre le cerveau et son fonctionnement, tous sont interconnectés.

La philosophie d'étude de l'ELSC — à la fois générale et spécifique ; approfondie et détaillée mais aussi créative et complète — favorise des réflexions imaginatives qui encouragent à chercher des solutions uniques à des dilemmes scientifiques prétendument insolubles. En incorporant les connaissances de spécialités universitaires et scientifiques très diverses et apparemment sans lien — biologie, sciences du vivant, physique, informatique, mathématiques, statistique, psychologie et médecine — les équipes pluridisciplinaires de l'ELSC assimilent ces composantes disparates dans un schéma global.

Le modèle théorique et computationnel distinctif de l'ELSC est au coeur de ce concept et oriente
ses recherches innovantes et interactives sur les mécanismes du comportement humain, les mécanismes génétiques, moléculaires et cellulaires, les mécanismes des circuits neuronaux et le réseau cérébral comme fondement du comportement.

Cette discipline, qui combine la physique théorique, les mathématiques avancées et l'informatique de pointe, aide les scientifiques de l'ELSC dans leurs recherches en créant de puissants modèles des réseaux neuronaux en fonctionnement. L'ELSC insiste sur l'étude du calcul dans les circuits neuronaux, conforté par la conviction qu'une compréhension à haute résolution des circuits neuronaux locaux — des gènes aux neurones et aux synapses — combinée à une théorie globale des principes de calcul du cerveau permettrait de comprendre en profondeur les mécanismes du cerveau. Ces démarches sont particulièrement utiles pour créer des passerelles entre les différents niveaux et échelles de description, entre l'échelle moléculaire et le comportement, en passant par chaque neurone, les circuits locaux et les réseaux neuronaux de grande ampleur.

Mécanismes génétiques, moléculaires et cellulaires

Les méthodologies interdisciplinaires qui intègrent la génomique, la protéomique et la bio-informatique représentent une démarche relativement nouvelle et puissante pour décrypter les mécanismes moléculaires qui sous-tendent la structure et le fonctionnement des neurones et pour déterminer le codage génétique, le développement, le fonctionnement et la plasticité du système nerveux. Vu les initiatives dans le monde, les investissements considérables et les évolutions majeures dans ces domaines, il est évident que l'avenir des neurosciences incorporera et développera ces méthodologies révolutionnaires d'étude du cerveau.

Mécanismes du comportement humain

Caractérisées par leur souhait d'élaborer un concept neuronal et computationnel unifié des processus cognitifs supérieurs — perception, mémoire de travail, langage — les neurosciences cognitives sont cruciales pour faire le lien entre les études chez l'animal et la perception et la cognition humaine. Grâce à une large palette de technologies avancées pour suivre l'activité cérébrale humaine, les équipes de l'ELSC développent des méthodes pionnières pour caractériser les phénomènes cognitifs et comportementaux. Les études des chercheurs en neurosciences des systèmes et des chercheurs en démarches computationnelles sont renforcées par leur collaboration étroite. Avec la multiplication des interactions interdisciplinaires, les chercheurs de l'ELSC sont convaincus que nous ne sommes qu'à l'aube d'un âge d'or marqué par une utilisation sophistiquée de diverses techniques d'imagerie.

Le réseau cérébral comme base du comportement

Les expériences qui lient la compréhension des circuits de base des réseaux neuronaux et celle du comportement complexe d'organismes entiers, en général — et des processus comportementaux des humains, en particulier — sont essentielles dans l'effort d'intégration de l'ELSC. Bien que de plus petits animaux se prêtent bien à l'étude des circuits locaux, les modèles chez les primates non humains (PNH) permettent de mieux comprendre le lien entre circuit et comportement car les systèmes neuronaux qui contrôlent le comportement chez l'humain et les primates non humains sont identiques dans leur structure et leur fonction. Les études sur les PNH sont importantes pour traduire les nouvelles découvertes en applications cliniques car elles peuvent combler le fossé entre les études et recherches cliniques humaines et leurs équivalents non cliniques.

Mécanismes des circuits neuronaux

D’impressionnants progrès technologiques et méthodologiques en matière de méthodes génétiques, moléculaires et d'imagerie ont fait de l'étude des circuits neuronaux locaux un domaine fascinant de recherche sur le cerveau. L'ELSC utilise déjà ces nouvelles technologies et se consacre à les développer pour étudier le rôle des circuits neuronaux locaux, évaluer comment les neuromodulateurs et le comportement altèrent les circuits neuronaux locaux et appréhender le rôle des éléments non neuronaux dans les fonctions cérébrales chez le sujet sain et malade.

Pour plus d'information : www.elsc.huji.ac.il