Neurosciences computationnelles des systèmes sensoriels

Leader

Romain
BRETTE

Research center

Institut de la Vision
17 rue Moreau
75012 Paris
José-Alain Sahel

Institution

Inserm
CNRS
ED3C
Université Pierre et Marie Curie

Laboratory

UMRS968 UMR7210 UM80
Site web
Labex LIFESENSES, Label "Institut Carnot", Label CTRS / RTRS "Fondation Voir & Entendre", Qualification de « Projet Structurant » par Medicen Paris Région, Labellisation par la Foundation Fighting blindness

Mots clefs

computational neuroscience
sensory systems
spike initiation
neural simulation
spike timing
 

publications

Benichoux V, Rébillat M, Brette R.On the variation of interaural time differences with frequency.J Acoust Soc Am. 2016 Apr;139(4):1810. doi: 10.1121/1.4944638.

#Laudanski J, #Zheng Y, #Brette R (2014). A structural theory of pitch. eNeuro (in press).

#Rébillat M, #Benichoux V, Otani M, Keriven R, #Brette R (2014). Estimation of the low-frequency components of the head-related transfer functions of animals from photographs. JASA, 135, 2534 (2014).

#Fontaine B, Peña JL, #Brette R (2014). Spike-threshold adaptation predicted by membrane potential dynamics in vivo. PLoS Comp Biol, 10(4): e1003560.

#Stimberg M, #Goodman DFM, #Benichoux V, #Brette R (2014).Equation-oriented specification of neural models for simulations. Frontiers Neuroinf, doi: 10.3389/fninf.2014.00006.

#Goodman DFM, #Benichoux V, #Brette R (2013). Decoding neural responses to temporal cues for sound localization. eLife2:e01312.

#Brette R (2013). Sharpness of spike initiation in neurons explained by compartmentalization. PLoS Comp Biol, doi:10.1371/journal.pcbi.1003338.

Fields of research

Computational neurosciences / neural theory

Research Theme

Nous tentons de comprendre les mécanismes neuronaux de la perception à l'aide de modèles théoriques et informatiques des systèmes sensoriels. Ces modèles permettent de relier le niveau physiologique (les propriétés des neurones) et le niveau comportemental. Les théories sont ainsi testées à la fois par des expériences physiologiques (en particulier électrophysiologie) et comportementales (psychophysique). Elles sont également testées sous l'angle computationnel, en évaluant la performance fonctionnelle des modèles dans des tâches perceptives complexes.

Nos recherches s'articulent autour de trois grands thèmes :

1) Les neurones
Nous développons des modèles prédictifs de neurones, c'est-à-dire capables de prédire la réponse d'un neurone (potentiels d'action) à un stimulus sensoriel (in vivo) ou à un courant injecté (in vitro). Nous nous intéressons en particulier à l'excitabilité neuronale (génération des potentiels d'action), avec deux thématiques principales : la dynamique de l'excitabilité (adaptation et plasticité) et la dimension spatiale dans l'initiation des potentiels d'action (initiation dans l'axone).

2) Les systèmes perceptifs
Nous nous intéressons aux bases neuronales de la perception, en particulier de la perception de l'espace (visuel et auditif), dans des environnements écologiques complexes. Pour cela, nous tentons d'une part de caractériser la structure des environnements écologiques, et d'autre part nous développons des modèles neuronaux dans lesquels la synchronisation sélective des potentiels d'action produits par les neurones reflète la détection d'une structure dans le flux sensoriel. Ces modèles sont testés d'une part par leur capacité à effectuer des tâches complexes dans des environnements écologiques, d'autre part par des expériences d'électrophysiologie in vivo et de psychophysique.

3) La technologie de simulation
Nous développons un logiciel libre de simulation de neurones, BRIAN, dont le but est de permettre de développer rapidement de nouveaux modèles, sans contrainte sur la forme de ces modèles. Nous étendons actuellement notre technologie à la simulation rapide sur plateformes parallèles.

Etudiants ENP

Maria TELENCZUK (née KRAMAREK) Sarah GOETHALS

Lab rotation

Stability of assemblies in neuronal networks

Chercheur responsable: 

BRETTE Romain

Dates: 

18 September 2017 - 29 June 2018

Date limite de candidature: 

29 June 2018

Period

~ Sept-Dec 2017

~ Jan-March 2018

~ April-June 2018


Project

Long-term memory is thought to be mediated by synaptic plasticity. However, the stability of the neuronal assemblies emerging because of synaptic changes is still an open question. Indeed, cortical networks are made of sparsely interconnected excitatory and inhibitory neurons in a so-called balanced regime, with a spontaneous activity appearing to be problematic from a memory retention point of view. In this rotation, the student will become familiar with one the most used neuronal network simulator, Brian, and use it to build neuronal networks and study the stability of neuronal assemblies in recurrent networks under several plasticity rules. The project will give a broad overview of canonical concepts in computational neuroscience by using integrate-and-fire neurons and modeling plasticity rules.

Contact

Institut de la Vision - 17, rue Moreau 75012 Paris - +33 1 53 46 25 36 - pierre.yger@inserm.fr

Superviseur: 

YGER Pierre

Computational neuroscience of unicellular organisms

Chercheur responsable: 

BRETTE Romain

Dates: 

18 September 2017 - 29 June 2018

Date limite de candidature: 

29 June 2018

Period

~ Sept-Dec 2017

~ Jan-March 2018

~ April-June 2018


Project

Paramecium, as a number of other unicellular organisms, swims by alternating straight runs and rotations, and displays various taxis behaviors (chemotaxis, gravotaxis). Stimuli are transduced by ionic channels, and rotations are triggered by action potentials. The goal of this rotation is to study the computational neuroscience of this one-“neuron” system, with electrophysiological and behavioral experiments.

Contact

Institut de la Vision - 17, rue Moreau 75012 Paris - +33 1 53 46 25 36 - romain.brette@inserm.fr

Superviseur: 

BRETTE Romain

Theory of spike initiation

Chercheur responsable: 

BRETTE Romain

Dates: 

18 September 2017 - 29 June 2018

Date limite de candidature: 

29 June 2018

Period

~ Sept-Dec 2017

~ Jan-March 2018

~ April-June 2018

Project

We are investigating several themes in the initiation of action potentials, including: 1) the relation between neuron geometry and excitability; 2) how a cell learns to spike (ie to properly coordinate the different channels); 3) normative constraints on the organization of the spike initiation system (eg energy). Rotation students are welcome on any of these themes, to work on theoretical problems, analysis of experimental data, and patch clamp experiments.

Contact

Institut de la Vision - 17, rue Moreau 75012 Paris - +33 1 53 46 25 36 - romain.brette@inserm.fr

Superviseur: 

BRETTE Romain

Spike sorting for large Multi-Electrodes recordings

Chercheur responsable: 

BRETTE Romain

Dates: 

18 September 2017 - 29 June 2018

Date limite de candidature: 

29 June 2018

Period

~ Sept-Dec 2017

~ Jan-March 2018

~ April-June 2018

Project

To record the activity of a large population of neurons, electrophysiologists use large and dense multi-electrodes arrays (MEA) to capture the electrical signals originating from all the action potentials emitted by the neurons surrounding the electrodes. However, this source separation problem consisting in determining which neuron emitted an action potential when is very challenging, and is a crucial step toward deciphering the neuronal activities. In this rotation, the student will become familiar with data coming from MEA recordings in the retina to approach this so-called problem of  spike sorting. The project will give a broad overview of state-of-the-art signal processing techniques, data acquisition, and be a good introduction to understanding how information is represented by a population of neurons.

Contact

Institut de la Vision - 17, rue Moreau 75012 Paris - +33 1 53 46 25 36 - pierre.yger@inserm.fr

Superviseur: 

YGER Pierre