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Doctorant.e (H/F) – Exploration fonctionnelle du système visuel par imagerie optique avancée

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Informations générales

Référence : UMR7289-FRECHA-001
Lieu de travail : MARSEILLE 05
Date de publication : vendredi 10 mai 2019
Nom du responsable scientifique : Frédéric Chavane & Marc Ferrari
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 septembre 2019
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

Exploration fonctionnelle de l'ensemble du cortex visuel du Marmoset

Dans le cadre d'une collaboration inédite entre Neuroscientifiques et Astronomes, un nouvel outil d'imagerie optique va être développé qui permettra d'enregistrer l'activité cérébrale à des échelles spatio-temporelles jusqu'alors inexplorées et répondre à des questions scientifiques en suspens. L'un des principaux défis des neurosciences modernes consiste à étudier le cerveau à de multiples échelles spatiales et temporelles. A cet égard, il est surprenant de constater qu'aucun outil ne permet d'étudier les fonctions cérébrales à haute résolution spatiale et temporelle sur un champ de vision de plusieurs zones corticales. L'imagerie optique fournit la solution la plus proche (Chemla et al 2017), mais reste limitée par la courbure du cerveau et les pulsations physiologiques. Pour imager le cerveau dans ces étendues spatiales et résolutions spatio-temporelles inexplorées, nous lançons une collaboration sans précédent entre les neurosciences et l'astronomie. À l'aide d'innovations optiques issues de l'astronomie, notamment la mise en œuvre de détecteurs incurvés et d'optique adaptative, nous produirons un outil à la fine pointe de la technologie. Le projet de thèse sera d'utiliser l'outil développé pour mieux comprendre comment l'information visuelle est traitée dynamiquement par un réseau cortical distribué.

Depuis les travaux pionniers des prix Nobels Hubel & Wiesel, notre compréhension du traitement de l'information visuelle est dominée par une approche hiérarchique de type « feedforward ». Dans ce cadre théorique, les informations de bas niveau (position ou orientation) sont extraites localement à l'intérieur d'un champ récepteur puis relayées rapidement aux aires supérieures pour encoder des caractéristiques de plus en plus complexe (forme, mouvement) centrées sur le même champ récepteur. En conséquence, et en raison des limites des résolutions des technologies existantes, les connaissances que l'on a du système reposent sur une approche « tunnelaire » où chaque position du champ visuel est analysée indépendamment des autres. Des nouvelles données suggèrent cependant l'existence de vagues de propagation au sein d'une même aire corticale ou entre les aires corticales (Muller et al 2014, Muller et al 2018). L'objectif sera donc de mesurer précisément ces vagues sur l'ensemble du système visuel et comprendre comment elles participent au traitement de l'information (Chemla et al 2019). Si ces vagues sont maintenant connues, elles ne sont pas décrites dans leur globalité à la bonne échelle spatio-temporelle et leur rôle computationnel reste à éclaircir (Muller et al 2018). Nous utiliserons comme modèle animal un primate non-humain dont le système visuel est très proche de l'homme et qui est lissencéphale, le marmouset (Mitchel et al 2014, Solomon et al 2014) : l'ensemble de son système visuel cortical, du cortex visuel primaire (V1) à MT (V5) est à la surface et donc accessible aux mesures optiques. Cela sera donc le modèle animal idéal pour exploiter au maximum le pouvoir de ce nouvel outil : nous pourrons visualiser en temps réel l'ensemble du système visuel pour comprendre comment les différentes aires interagissent entre elles et en leur propre réseau pour encoder de manière optimale le stimulus.

Les objectifs scientifiques de la thèse ont été pensés pour répondre à des questions en neurosciences qui profiteront de manière optimale et pertinente des avantages offerts par les nouvelles technologies optiques mises en œuvre. Cette thèse est clairement interdisciplinaire car le ou la candidat(e) devra suffisamment maitriser les développements technologiques en optique avancée pour en tirer le meilleur parti et pour efficacement implémenter chez l'animal un nouveau système d'imagerie.

Références bibliographiques
Chemla S, Muller L, Reynaud A, Takerkart S, Destexhe A, Chavane F. Improving voltage-sensitive dye imaging: with a little help from computational approaches. Neurophotonics 4: 031215, 2017.
Chemla S, Reynaud A, di Volo M, Zerlaut Y, Perrinet L, Destexhe A, Chavane F. Suppressive traveling waves shape representations of illusory motion in primary visual cortex of awake primate. J Neurosci.
Muller L, Chavane F, Reynolds J, Sejnowski TJ. Cortical travelling waves: mechanisms and computational principles. Nat Rev Neurosci 19: 255–268, 2018.
Muller L, Reynaud A, Chavane F, Destexhe A. The stimulus-evoked population response in visual cortex of awake monkey is a propagating wave. Nature Communications 5, 2014.
Mitchell JF, Reynolds JH, Miller CT. Active vision in marmosets: a model system for visual neuroscience. Journal of Neuroscience 34: 1183–1194, 2014.
Solomon SG, Rosa MGP. A simpler primate brain: the visual system of the marmoset monkey. Front Neural Circuits 8, 2014.
E Muslimov, E Hugot, M Ferrari & al. "Design of optical systems with toroidal curved detectors" ; Optics letters 43 (13), 3092-3095 ; 2018
E. Muslimov, E. Hugot, S.Lombardo, M. Roulet, T. Behaghel, M. Ferrari, W. Jahn, C. Gaschet, and
D. Henry ; "Curved detectors for wide field imaging systems: impact on tolerance analysis " ; Proc. SPIE 10679, Optics, Photonics, and Digital Technologies for Imaging Applications ; 2018

Contexte de travail

La thèse se déroulera dans les deux laboratoires d'accueil, tous deux situés à Marseille, qui sont des laboratoires du CNRS et d'Aix-Marseille Université (AMU). La thèse sera rattachée à l'école doctorale sciences de la vie et de la santé (EDSVS 62) et le candidat pourra suivre le programme doctoral en Neurosciences de l'université (https://neuro-marseille.org/en/phd-program-en/) co-dirigé par Frédéric Chavane, l'un des superviseurs. Le candidat devra interagir avec des équipes des deux laboratoires qui lui apprendront à la fois les bases de l'imagerie optique chez le primate non-humain, avec 2 post-doctorants et F. Chavane, mais aussi le montage du système optique avec un banc de test, encadré par Marc Ferrari au sein de l'équipe de Recherche et Développement en instrumentation optique (GRD) du LAM. L'ensemble des moyens nécessaires au déroulement de la thèse, déjà sur place ou financés, seront mis à disposition.

Contraintes et risques

Des déplacements entre les deux laboratoires situés sur des campus différents seront à prévoir pour réaliser la thèse. L'INT est situé sur le campus Timone en centre-ville (http://www.int.univ-amu.fr/contact) et le LAM sur le campus Château Gombert (https://www.lam.fr/le-laboratoire/informations-pratiques/).
Pour réaliser les expériences chez l'animal, le candidat devra passer l'autorisation à expérimenter.

Informations complémentaires

Compétences attendues :

Le candidat devra être titulaire d'un diplôme d'ingénieur et/ou d'un master en Neurosciences, Instrumentation Médicale, Imagerie Biomédicale, en Instrumentation optique ou équivalent. La thèse étant interdisciplinaire, le candidat devra avoir de solides connaissances dans au moins une des disciplines du sujet de thèse (donc Neurosciences ou physique de l'optique ou instrumentation), avec une forte motivation pour développer ses compétences dans la discipline la plus faible. Nous recherchons donc un jeune chercheur qui saura s'impliquer dans son projet, curieux, ayant de bonnes aptitudes à travailler en équipe mais également une bonne autonomie et grande capacité organisationnelle. Le candidat devra avoir de bonnes aptitudes de communication orale et écrite (français et anglais nécessaires) pour présenter aux congrès et rédiger des articles dans des revues scientifiques.
Documents à fournir :
Les candidatures devront inclure un CV détaillé ; au moins deux références (personnes susceptibles d'être contactées) ; une lettre de motivation d'une page ; un résumé d'une page du mémoire de master ; les notes de Master 1 ou 2 ou d'école d'ingénieur).
La date limite pour l'envoi des candidatures est le 01/06/2019.

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