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PhD en photonique (H/F)

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Français - Anglais

Date Limite Candidature : vendredi 21 octobre 2022

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Informations générales

Référence : UMR7210-VALEMI-011
Lieu de travail : PARIS 12
Date de publication : vendredi 9 septembre 2022
Nom du responsable scientifique : Valentina Emiliani/ Eirini Papagiakoumou
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 décembre 2022
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2000-2200 brut /mois selon experience

Description du sujet de thèse

Résumé : L'objectif de ce projet est d'élaborer et de réaliser des stratégies d'excitation à trois photons pour l'étude approfondie des circuits neuronaux en configuration tout-optique.
Motivation : Une compréhension complète du fonctionnement du cerveau reste un défi non résolu pour la science. La vue d'ensemble expliquant comment l'information est calculée et stockée sur des millions de circuits neuronaux et quelles sont les déficiences qui génèrent des troubles neurologiques et psychiatriques est encore largement méconnue. Comment déchiffrer le code neuronal ? Comment déchiffrer le calcul qui se cache derrière ? Une rétro-ingénierie complète du cerveau (1) pour révéler les concepts impliqués dans son calcul nécessite des outils expérimentaux permettant de surveiller et de sonder son activité in-vivo pendant son fonctionnement.
État de l'art : Au cours de la dernière décennie, les neuroscientifiques ont conçu une approche révolutionnaire pour atteindre cet objectif en proposant l'optogénétique (2), une stratégie génétique pour rendre les neurones sensibles à la lumière, de sorte que l'activité neuronale peut être enregistrée et déclenchée par voie optique en détectant et en délivrant de la lumière dans le cerveau. Ce nouveau cadre de recherche a radicalement remis en question la physique car, une fois établi que la lumière peut contrôler les neurones, de nouvelles méthodologies doivent être mises en place pour contrôler la lumière à travers des millions de neurones entrelacés dans un milieu diffusant comme le cerveau.
En raison du manque de confinement axial et de la profondeur de pénétration limitée de la lumière visible, l'excitation à deux photons (2PE) (3) est actuellement l'étalon-or pour l'imagerie fonctionnelle in vivo (4) et la photostimulation ciblée par la lumière (5). Récemment, de nouvelles stratégies d'imagerie fonctionnelle volumique et de mise en forme de la lumière par holographie (6) ont permis d'étendre l'étude optique de l'excitation à deux photons neuronale à une grande population de neurones dans un volume 3D. Bien qu'elles aient permis d'interroger les circuits neuronaux par voie optique à une résolution proche de la cellule unique chez des souris vivantes (7-11), la diffusion de la lumière limite les investigations 2PE aux zones corticales superficielles qui ne s'étendent que sur quelques centaines de microns dans le cerveau.
Objectif : L'objectif de cette thèse sera d'étudier et de mettre en œuvre des stratégies pour des circuits optogénétiques approfondis capables de surmonter ces limitations en intégrant les approches actuelles avec l'excitation à trois photons (3PE) (12, 13). L'excitation à trois photons présente quelques avantages majeurs par rapport à l'excitation à deux photons, à savoir : (i) la réduction de la diffusion grâce à des longueurs d'onde plus grandes ; (ii) une meilleure localisation de l'excitation, qui diminue axialement de ~1/z4 (avec la distance z du plan focal), par rapport à 1/z2 dans l'excitation à deux photons ; (iii) une fenêtre de longueurs d'onde d'excitation optimale (autour de 1700 nm) en raison de l'absorption du tissu cérébral. Le candidat travaillera à la conception, à la réalisation et à la validation de systèmes d'administration de la lumière 3PE basés sur des sources laser ad hoc pour l'excitation 3P, avec des impulsions à faible cycle d'utilisation et à haute énergie. Le système sera développé dans le cadre d'un projet visant à étendre pour la première fois les circuits optogénétiques aux zones sous-corticales du cerveau chez l'animal vivant. Les résultats de la recherche ne se limitent pas à la neurobiologie, mais devraient aller au-delà et donner un aperçu physique plus général de l'interaction lumière-matière et du contrôle de la lumière dans les milieux turbides.

Contexte de travail

L'Institut de la Vision est un centre de recherche interdisciplinaire affilié à Sorbonne Université, et soutenu par l'INSERM et le CNRS. Il est situé sur le campus du Centre
Hospitalier National d'Ophtalmologie des XV-XX (CHNO des XV-XX). Il a été créé en 2008 par le Pr Sahel (aujourd'hui dirigé par Serge Picaud), dans le but de faire le pont entre les recherches universitaires, privées et cliniques. Il est organisé en 5 départements et 20 équipes de recherche.
L'institut dispose d'installations pour la culture de cellules et de cultures de neurones purifiés. Il dispose également d'une installation de biologie moléculaire pour la conception, la purification et la production de virus. Il est équipé d'une installation d'injection stéréotaxique pour l'injection d'AAV dans la rétine et le cerveau des souris et d'une animalerie.
L'équipe d'Emiliani comprends environ 20 personnes (5 chercheurs, 6 ITA, 4 post docs, 6 étudiantes) dispose de 8 microscopes optiques de pointe, dont 3 systèmes pour la photoactivation et l'électrophysiologie 2P-holographiques in vitro, 2 systèmes pour l'holographie/imagerie et l'électrophysiologie 2P in vivo et 2 endoscopes holographiques pour l'imagerie et la photoactivation 2P chez les animaux animaux éveillés. Ils ont également reçu récemment un financement pour mettre en place une plateforme de microscopie biphotonique pour l'imagerie et la photostimulation optogénétique en collaboration avec la société 3i et un nouveau microscope optique pour l'imagerie et la photostimulation in vivo 2P et 3P.
Le groupe est également équipé d'un atelier électromécanique comprenant une imprimante 3D pour la fabrication de petits éléments de microscope.
Mme Emiliani est impliquée dans la coordination de plusieurs projets de recherche nationaux et internationaux. L'équipe est fortement impliquée dans la diffusion des résultats scientifique vers le grand publique et à la participation à plusieurs écoles de formation pour doctorants ou jeunes chercheurs.

Contraintes et risques

Risques standard liés au travail dans une salle d'expérience avec des laser

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