Projet ANR-11-BSV4-0005 – Core-nets : Les réseaux corticaux
Programme : Blanc - SVSE 4 - Neurosciences (Blanc SVSE 4) 2011
Année de financement : 2011
Coordinateur du projet : Monsieur Henry Kennedy (INSTITUT NATIONAL DE LA SANTE ET DE LA RECHERCHE MEDICALE - DELEGATION DE LYON)
Partenaires : WashU-DVE Department of Anatomy and Neurobiology, Washington University; Notre Dame Department of Physics, University of Notre Dame; Vandy; WashU-AB Division of Biology and Biomedical Sciences, Washington University; Institut national de la santé et de la recherche médicale
Montant : 426716.0 euros
Date de début : 2012
Durée : 48 mois
Résumé : Le présent projet vise à faire des comparaisons inter-espèces de modèles quantitatifs grandes échelles des systèmes corticaux (macaque, marmoset, et souris). 
	Chez le macaque nous avons obtenu la connectivité complète de 27 aires corticales sur les 83 existantes. Les explorations complètes de l'ensemble du cerveau dans des expériences de traçages rétrogrades ont révélé des découvertes originales (Markov et al., 2010; Markov et al., 2011a; Markov et al., 2011b) : (i) les voies cortico-corticales sont caractérisées par leurs poids de connexion qui dans l'ensemble varient sur 6 ordres de magnitude ; (ii) les aires corticales reçoivent 30% de connections de plus de ce qui avait été rapporté jusque là ; (iii) 65% des connexions inter-aires possibles existent. A cette densité le graphe cortical ne peux pas être qualifié d'architecture small world comme cela l'a été proposé dans de récents modèles basés sur des données incomplètes. La forte densité signifie qu'une description binaire (connecté/non connecté) du réseau ne pourra rendre compte de ses caractéristiques spécifiques, qui requièrent un graphe pondéré, basé sur des contraintes physiques telles que poids et distance des connexions. Chez le macaque, ceci nous a permis de montrer l'existence d'une règle de distance exponentielle, qui détermine la répartition des motifs de connectivité mais aussi les efficacités globale et locale du graphe.
	Nous proposons: (i) de développer plus avant la base de données du cortex de macaque afin de préciser ses statistiques globales. Nous réaliserons des injections de traceurs rétrogrades dans 23 aires supplémentaires. Grâce un système d'analyse automatique du traçage nous pourrons analyser les quelques 1500 connexions additionnelles au cours du projet. A l'issue de cette analyse nous posséderons les descriptions de 50 aires corticales sur les 83 existantes. Nous développerons une procédure issue de la théorie des graphes précédemment développée par Jouve (Jouve et al., 1998) pour estimer en premier lieu la connectivité des aires qui n'ont pas été injectées et diriger nos choix des aires à injecter. Comme les contraintes physiques jouent un rôle important dans la structure du réseau, nous ferons attention à l’existence éventuelle de composantes spécialisées (“hubs” ou motifs particuliers). En deuxième lieu, nous pourrons estimer le réseau pondéré des 83 aires, que nous utiliserons pour faire des comparaisons entre le macaque et l’humain afin de prédire la connectivité du cerveau humain sur une échelle impossible avec les techniques d'imagerie existantes. (ii) Nous examinerons l'influence de la taille du cerveau sur les statistiques des réseaux corticaux. Pour cela nous établirons des bases de données pour le marmoset et la souris analogues à celle du macaque. Nos résultats sur le macaque montrent que la combinaison entre poids et distance défini la spécificité du réseau cortical. Ces propriétés évoluent-elles avec la taille du cerveau et sont-elles spécifiques du primate ? En comparant les statistiques globales des réseaux corticaux d'un grand et d'un petit cerveau et en comparant primate et non-primate, nous serons plus à même de comprendre les caractéristiques algorithmiques critiques du réseau. (iii) Nous aborderons changement de statistique globale des réseaux au cours du développement. Nous avons précédemment montré que pendant il y a peu de trace de connexions développementales transitoires (i.e. présentes chez le jeune et absentes chez l'adulte) qui pourraient rendre compte d'une physiologie alternative telle que nous et d'autres avions montrée sur le cortex sensoriel du chaton. Est-il possible que cela soit une caractéristique du cortex préfrontal du primate ? Nous examinerons ici le développement post-natal de la connectivité d'une aire préfrontale représentative, l'aire 10, pour voir si il y a des changements statistiques de forces de connexion sur les 55 voies que cette aire forme avec les lobes occipital, pariétal, temporal, et frontal.