Théorie et applications de la dynamique entraînée de réseaux neuronaux récurrents du cerveau

 

Guillaume Lajoie

Université de Montréal

 

Domaine : neurosciences, santé mentale et toxicomanies

Programme Chercheurs-boursiers - Junior 1

Concours 2018-2019

Est-il possible de lire directement l'information contenue dans des circuits neuronaux et de les réparer quand ils sont brisés ? Avec l'utilisation de modèles mathématiques et de simulations, mon programme de recherche cherche des réponses à ces questions et propose des contributions spécifiques au développement d'implants neuronaux qui interagissent directement avec les circuits du cerveau.

Les réseaux de neurones dans le cerveau ont des contraintes importantes : (1) ils sont fragiles et susceptibles à des blessures et maladies, (2) leur fonction est limitée par le système nerveux périphérique – nos sens et nos muscles ont des vitesses et des bandes passantes limitées. Est-il possible d'utiliser des implants neuronaux interagissant directement avec le cerveau pour (1) atténuer les effets des pathologies et (2) fournir de nouvelles modalités d'entrée / sortie avec le cerveau ?

Les interfaces cerveau-machine (ICM) sont conçues pour faire exactement cela. Plus spécifiquement les ICM bidirectionnelles (ICMB), des implants qui permettent non seulement la lecture de l'activité neuronale, mais aussi la transmission de signaux électriques aux neurones, permettent une interaction à double sens avec le cerveau. Ces dispositifs influencent non seulement l'activité des neurones, mais ils peuvent également influer sur les mécanismes de plasticité qui modulent les connexions synaptiques entre eux, offrant ainsi la possibilité de «créer» de nouveaux circuits dans le cerveau. Au fur et à mesure que la technologie BBCI se développe, la capacité d'enregistrer et de stimuler de plus en plus de neurones augmente, et pour que de tels implants neuraux bidirectionnels réussissent, un certain nombre de problèmes théoriques doivent être résolus.

En tant que mathématicien appliqué, je travaillerai en étroite collaboration avec des neuroscientifiques, des cliniciens et des ingénieurs pour mettre en place des outils théoriques pour résoudre ces problèmes.