Description du projet
Démêler le cerveau des poissons grâce à l’imagerie optique in vivo et à la modélisation mathématique avancée
Comprendre le comportement d’organismes qui, comme nous, intègrent les signaux environnementaux et les stimuli neuronaux au traitement cognitif est une tâche très complexe. L’exploitation de la puissance d’organismes modèles simples tels que le poisson-zèbre, associée à la puissance des méthodes d’analyse informatique, pourrait permettre de caractériser les interactions complexes entre le cerveau, le corps et l’environnement des organismes vivants. Le poisson-zèbre partage de nombreux organes et tissus importants avec l’homme, et les larves de poisson-zèbre sont visuellement transparentes, ce qui facilite l’imagerie in vivo de la dynamique du calcium pendant l’activation du système nerveux. Le projet DIMENSIVE, financé par l’UE, enregistre l’activité neuronale du poisson-zèbre en activité et utilise ces données pour développer des modèles générateurs de comportement à grande échelle. Les modèles statistiques avancés permettront aux scientifiques de créer de nouvelles occurrences de données, fournissant des informations importantes sur la façon dont le comportement résulte de l’interaction dynamique du système nerveux, du corps et de l’environnement d’un organisme.
Objectif
A major challenge in cognitive neuroscience is to understand how behaviour arises from the dynamical interaction of an organism’s nervous system, its body, and its environment. Understanding embodied neural activity involves the resolution of various conceptual, technical and methodological issues in explaining how living organisms self-organize at many levels (from neural bio-chemistry to behaviour and learning). Currently, two important obstacles hinder this endeavour: the difficulties in recording neural activity in behaving animals, and the lack of mathematical tools to characterize the complex brain-body-environment interactions in living organisms. In this project we will address current limits by implementing an interdisciplinary combination of novel animal behaviour neuroimaging setups and large-scale statistical methods, with the goal of recording and modelling whole-brain activity of locomoting vertebrates. We will study fictively swimming larval zebrafish during active behaviour in a pioneering experimental setup, recording neural activity utilizing light-sheet microscopy for calcium imaging in different virtual reality scenarios involving sensorimotor manipulations. In this setup, we will collect data from the distributed neural circuits that integrate sensory signals from the environment (exafferent input) and their own movements (reafferent input), as well as plastic processes of habituation to new sensorimotor contingencies. From this data, we will infer large-scale generative models (i.e. models capable of yielding synthetic data resembling the studied phenomena) of embodied neural circuits by complementing dynamical models and techniques from statistical mechanics with innovative information theoretic and Bayesian inference methods and approximations for very large systems in non-equilibrium and non-stationary conditions.
Champ scientifique
- natural sciencesbiological sciencesneurobiologycognitive neuroscience
- natural sciencesmathematicsapplied mathematicsstatistics and probabilitybayesian statistics
- natural sciencesphysical sciencesclassical mechanicsstatistical mechanics
- natural sciencescomputer and information sciencessoftwaresoftware applicationsvirtual reality
- natural sciencesbiological sciencesbiological behavioural sciencesethology
Programme(s)
Régime de financement
MSCA-IF-EF-ST - Standard EFCoordinateur
BN1 9RH Brighton
Royaume-Uni