Connectivités anatomiques et fonctionnelles

Opération 5 : Connectivités anatomiques et fonctionnelles (LSIIT, IPB-LINC, IFR neuroscience)

L’objectif général des études relatives à la connectivité anatomique et fonctionnelle est d’une part de fournir des outils d’investigation aux chercheurs en neurosciences (il s’agit d’améliorer la compréhension de la maturation, du vieillissement et du fonctionnement du cerveau), d’autre part de fournir des outils de diagnostic aux cliniciens, par exemple pour des pathologies telles que la schizophrénie ou la sclérose en plaques.

Plus précisément, l'analyse de la connectivité cérébrale vise à mettre au jour les mécanismes conversationnels pouvant exister entre régions cérébrales actives. En connectivité fonctionnelle, ces mécanismes sont analysés sur un plan purement fonctionnel, sans se soucier du substrat anatomique qui sous-tend la fonction. En connectivité effective, les mêmes objectifs sont poursuivis mais en y introduisant les notions de réseau anatomique d'interconnexion entre régions cérébrales et d'influence qu'une région anatomique peut exercer sur une (plusieurs) autre(s). L’identification du réseau anatomique d’interconnection sera menée par tractographie des faisceaux de fibres dans le cadre d’imagerie par résonance magnétique de diffusion (IRMd). Les méthodes d'analyse utilisées actuellement en connectivité fonctionnelle restent partiellement exploratoires en ne recherchant des interrelations qu'entre régions cérébrales pré-détectées actives, par cartographie d'activation. Elles souffrent également d'un manque d'interprétabilité des cartes de connectivité produites. Les méthodes utilisées en connectivité effective s'appuient sur un modèle graphique, anatomique, a priori de connections entre régions cérébrales actives afin d'en évaluer secondairement le degré (la force) d'interconnexion dans différentes conditions expérimentales. Les résultats qu'elles produisent, même si plus facilement interprétables, reposent sur une structure de graphe d'interconnexion défini a priori et supposé correct.

Dans le cadre de ce projet, il s'agit de développer des méthodes d'analyse de la connectivité cérébrale originales, à caractère pleinement exploratoire, s'appuyant sur des représentations graphiques à la fois simples et explicatives des mécanismes conversationnels entre régions cérébrales, et capables d'intégrer des informations de nature anatomique sur les réseaux d'interconnexion cérébraux mis en jeu. Le formalisme privilégié pour développer ces méthodes est la modélisation par réseaux bayésiens dynamiques (RBDs). Outre leur capacité à modéliser efficacement et graphiquement des processus aléatoires en interaction, les RBDs offrent, dans un cadre bayésien riche, des outils puissants d'analyse, tel que l'apprentissage de structure de réseaux, permettant de révéler a posteriori, dans l'espace et dans le temps, des relations de dépendance - indépendance fonctionnelle et/ou effective entre régions cérébrales.