Description du sujet de thèse

Modèles d’attracteur en anneau pour la navigation mis en œuvre dans les réseaux de neurones à impulsions

Il y a environ 10 ans, lors d’un développement majeur en neurosciences, la direction du système neuronal de la mouche des fruits a été observée. Comme cela a été prédit théoriquement dans les années 90, la structure a une topologie en anneau. Cependant, de manière assez inattendue, le système code la direction dans un anneau d’environ 8 neurones seulement !
Comment un si petit système peut encoder avec précision et maintenir l’information de la direction de la mouche, est une question d’intérêt actuel [Noorman et al Nat Neurosci 2024].
Dans cette thèse, l’objectif sera de comprendre comment la mouche accomplit cette tâche cognitive en implémentant un modèle fonctionnel dans le matériel. Ce travail sera basé sur une méthodologie innovante que nous avons développée dans notre groupe ces dernières années.
Nous avons implémenté dans du matériel analogique, des circuits de neurones et de synapses, qui sont les composants de base pour construire des réseaux neuronaux à impulsions arbitraires. Nos circuits de neurones sont d’une extrême simplicité car ils sont basés sur le concept de memristors. Ce sont des dispositifs électroniques qui modifient leur conductance en fonction de la tension appliquée, apparentant les canaux ioniques dans les neurones biologiques.
Notre approche est à la croisée de la physique, de l’électronique, des neurosciences et de la robotique. C’est dans le cadre de notre projet "MemAI" financé par l’ANR, qui est une collaboration entre le groupe Rozenberg à l’INCC et le laboratoire Sumbre à l’IBENS.

Les activités principales
- concevoir et mettre en œuvre des circuits analogiques qui émulent des réseaux de neurones impulsionnels basés sur les circuits de base déjà mis en œuvre dans le groupe
- vérifier la conception des réseaux par des simulations numériques
- étude du comportement émergent des modeles par la mise en œuvre et de la mesure des circuits dans le matériel (hardware)
- rédiger des rapports d’avancement et des articles de recherche
- faire des présentations scientifiques

Les compétences souhaités
- expérience en électronique, y compris les mesures et la conception de cartes de circuits imprimés
- simulation numérique
- désir d’apprendre une gamme de sujets différents, des fonctionnalités neuromorphiques des matériaux quantiques au comportement non linéaire en passant par les neurosciences. Une expérience préalable dans ces domaines est souhaitée mais pas obligatoire.

Contexte de travail

Les travaux seront réalisés à l’INCC de l’Université Paris Cité à Paris. Ceci est un laboratoire de l’UPC - CNRS avec des groupes de recherche en neurosciences, de la biologie à la psychologie cognitive. Nous sommes une équipe avec un intérêt pour la neuroscience théorique, où nous visons à comprendre comment les fonctions neuronales et cognitives émergent des unités impulsionels. Notre caractéristique distinctive est que nous mettons en œuvre des modèles théoriques de réseaux neuronaux dans le matériel. Le travail de recherche s’inscrit dans le cadre d’un projet ANR en collaboration avec le groupe de G. Sumbre à l’IBENS