Il a récemment été largement reconnu que la dynamique interne des réseaux de neurones pourraient jouer un rôle essentiel dans leur fonction. À cet régard, le "bruit synaptique" -- qui représente l'influence du réseau cortical sur les neurones individuels, et qui est une conséquence directe de la circuiterie récurrente massive du néocortex -- a récemment été identifié comme un facteur important qui affecte les propriétés intégratives des neurones. Cette activité affecte aussi l'évolution des réponses neuronales en fonction des changements d'états du cerveau, parfois en quelques secondes. Ces états d'activité générés en interne, qui résultent -- et eux-même influencent -- la plasticité des connexions synaptiques récurrentes, se combinent alors avec les entrées externes pour produire un riche répertoire de réponses aux stimuli sensoriels. Dans cette thèse, nous nous sommes concentrés sur le aspect spatial de ces dynamiques intrinsèques, en particulier la structure spatiale des oscillations corticales, à la fois dans le cas spontané et des réponses évoquées. Nous avons fait un examen approfondi de la littérature concernant la propagation d'ondes dans le thalamus et le cortex, et nous avons proposé un modèle de réseau neuronal pour examiner l'interaction entre les ondes de propagation et l'activité interne du réseau. Nous avons aussi mis en place de nouveaux outils pour la caractérisation de ce type d'activité spatio-temporelle à partir d'enregistrements multicanaux bruités. Le point culminant de ce travail est une démonstration, en utilisant les données d'imagerie par colorants voltage-sensitifs (VSD, "voltage-sensitive dye imaging") obtenues chez le singe éveillé, que la réponse de la population à un stimulus visuel se propage comme une onde sur une grande étendue du cortex visuel primaire. Ce résultat contredit une série d'études précédentes qui semblaient suggérer l'absence d'onde de propagation dans ce cas. Ensuite, nous avons commencé à étudier la structure spatio-temporelle du potentiel de champ local (``local field potential'') obtenu à partir d'enregistrements multi-électrodes chez l'homme et le singe, dans divers états cérébraux, pour répondre aux questions suscitées par l'étude initale en imagerie VSD chez le singe. En parallèle, nous avons étudié les caractéristiques de la structure de connectivité de plusieurs systèmes nerveux, en utilisant la théorie des graphes, pour identifier les aspects aléatoires ou structurés ("small-world") de cette connectivité. Le résultat principal est que, contrairement au consensus, la structure de connectivité est beaucoup plus proche d'une connectivité aléatoire. Les résultats de ces études de doctorat couvrent ainsi un grand spectre d'échelles en neurosciences, de modèles d'activité macroscopiques à des profils de connectivité microscopiques. J'espère sincèrement pouvoir exposer dans ces pages ces résultats de façon unifiée, dans le but de constituer une base pour la poursuite de ces travaux en neurosciences - une recherche de structure au sein de l'architecture interne du système nerveux central. / It has only recently been acknowledged to what large extent the internal dynamics of neural networks could play a role in their function. In this respect, synaptic "noise" -- that is, the influence of the cortical network on single neurons exerted through the massive recurrent circuity that is the hallmark of neocortex -- has recently been shown to have a profound effect on neuronal integrative properties, changing the responses of single neurons across brain states, sometimes within the matter of a few seconds. These internally generated activity states, shaped by and continually shaping the plastic synaptic recurrent connections, then combine with the external inputs to produce a rich repertoire of responses to sensory stimuli in primary cortical regions. In this thesis, we have focused on the {\it spatial} aspect of these internal dynamics, specifically the spatial structure of cortical oscillations, spontaneous and stimulus-evoked. Along the way, we have made an extensive review of the literature concerning propagating waves in thalamus and cortex, and studied network models to investigate how waves depend on network state. We have also introduced new tools for the characterization of spatiotemporal activity patterns in noisy multichannel data. The culmination of this work is a demonstration, using voltage-sensitive dye imaging data taken from the awake monkey, that the population response to a small visual stimulus propagates like a wave across a large extent of primary visual cortex during the awake state, a result contradicting a range of previous studies which seemed to suggest that propagating waves disappear in this case. Moving forward, we have begun to investigate the spatiotemporal structure of local field potential and spiking activity in multielectrode recordings taken from the human and monkey in various states of arousal, to address questions prompted by our initial voltage-sensitive dye imaging study in the monkey. In parallel, we have initiated an analysis of the extent to which neural connectivity can be characterized by the "small-world" effect, the main result of which is that neural graphs may in fact reside outside the small-world regime. The results from these PhD studies thus span the spectrum of scales in neuroscience, from macroscopic activity patterns to microscopic connectivity profiles. It is my sincere hope to expound in these pages a unified theme for these results, and a foundation for further work in neuroscience -- a search for structure within the internal architecture of the system under study.

L'estimation de l'âge au décès des adultes, paramètre crucial en Paléoanthropologie, constitue un véritable écueil. De façon à proposer une méthodologie fiable, nous avons analysé l'aspect biologique de notre problématique : la variabilité de la sénescence et la validité des indicateurs osseux et dentaires. Cette étude a permis de mettre en évidence des sources d'erreurs : l'absence de relation linéaire entre l'âge chronologique et l'évolution des indicateurs du squelette, le manque de représentativité de la variabilité des indicateurs et la recherche d'un âge précis au détriment de la fiabilité. <br />Suite à ces analyses, une nouvelle approche méthodologique est proposée. Après avoir sélectionné certains indicateurs osseux (la symphyse pubienne, la surface sacro-pelvienne iliaque et l'extrémité sternale de la quatrième côte), nous avons élaboré un nouveau système de cotation de façon à optimiser la reproductibilité et à prendre en compte la variabilité des indicateurs. Nous avons étudié des échantillons de référence provenant de six contextes géographiques différents, de façon à englober une variabilité de la sénescence la plus large possible. Les données ont ensuite été traitées par l'approche bayésienne dans le but de classer les spécimens dans des intervalles chronologiques. Nous avons également testé le potentiel des réseaux de neurones artificiels, mécanisme calculatoire approprié pour gérer les relations non-linéaires entre variables. <br />Les résultats ont mis en évidence que la surface sacro-pelvienne iliaque est un indicateur majeur de l'âge au décès, mais que la combinaison de plusieurs indicateurs n'augmente pas la fiabilité de l'estimation. Le nouveau système de cotation et le traitement des données proposés permettent de classer les spécimens avec fiabilité et d'identifier les individus de plus de 60 ans, catégorie dont l'effectif est toujours sous-estimé dans les études paléobiologiques. Les réseaux de neurones artificiels s'avèrent un outil prometteur.

Le problème d'identification des paramètres apparaît dans beaucoup de problèmes en génie civil sous formes différentes et il peut être résolu par beaucoup de méthodes distinctes. Cette thèse présente deux philosophies principales d'identification avec orientation vers les méthodes basées sur intelligence artificielle. Les aspects pratiques sont montrés sur plusieurs problèmes d'identification, où les paramètres des modèles mécaniques non linéaires sont à déterminer.

La plasticité homéostatique est un processus qui consiste à réguler l'efficacité globale des entrées synaptiques (excitatrices et inhibitrices) sur un neurone afin d'empêcher des modifications trop importantes de son niveau d'activité. Afin de caractériser les mécanismes à l'origine de ce processus, la balance Excitation/Inhibition des neurones pyramidaux de couche 5 du cortex visuel a été estimée. Elle est composée de 20 % d'excitation et de 80 % d'inhibition. A l'aide de protocoles de stimulation induisant des changements à long terme de l'efficacité des entrées synaptiques, les phénomènes de potentiation homéostatique et de dépression homéostatique ont été mis en évidence. L'induction de ces phénomènes, qui requiert l'activation de récepteurs NMDA et d'un signal NO, est sous le contrôle des systèmes inhibiteurs GABAergique et glycinergique. La récurrence entre signaux excitateurs et inhibiteurs apparaît comme l'élément clé de la régulation de l'activité neuronale.

Ce travail a été développé dans le cadre du projet européen FACETS-ITN, dans le domaine des Neurosciences Computationnelles. Son but est d'améliorer la compréhension des réseaux de neurones stochastiques de taille finie, pour des sources corrélées à caractère aléatoire et pour des matrices de connectivité biologiquement réalistes. Ce résultat est obtenu par l'analyse de la matrice de corrélation du réseau et la quantification de la capacité de codage du système en termes de son information de Fisher. Les méthodes comprennent diverses techniques mathématiques, statistiques et numériques, dont certaines ont été importés d'autres domaines scientifiques, comme la physique et la théorie de l'estimation. Ce travail étend de précédents résultats fondées sur des hypothèses simplifiées qui ne sont pas réaliste d'un point de vue biologique et qui peuvent être pertinents pour la compréhension des principes de travail liés cerveau. De plus, ce travail fournit les outils nécessaires à une analyse complète de la capacité de traitement de l'information des réseaux de neurones, qui sont toujours manquante dans la communauté scientifique.

L'hippocampe, structure cérébrale située dans le lobe temporal, est au coeur de la gestion de nombreuses fonctions cognitives comme l'encodage des informations spatiotemporelles ou encore la mémoire épisodique. A l'heure actuelle, l'hippocampe est étudié via de nombreuses méthodes notamment l'imagerie de fluorescence qui, utilisée sur des animaux éveillés, permet d'accéder au fonctionnement du réseau neuronal. Malgré cela, une sous-région : le gyrus denté a encore un rôle mal élucidé car profondément enfoui dans le cerveau. Son étude permettrait d'apporter de nouveaux éléments sur le fonctionnement de l'hippocampe. De part sa profondeur d’environs 1 mm, son imagerie demeure très difficile. En effet, la diffusion ainsi que les aberrations optiques introduites par les couches successives de matière dégradent fortement la qualité d'imagerie. Pourtant l'optique adaptative, une technique héritée de l'astronomie, pourrait changer cela. En l'intégrant à un microscope bi-photon, il serait possible de compenser les aberrations optiques introduites par le cerveau et ainsi d'arriver à effectuer l'imagerie in vivo du gyrus denté. Durant ma thèse, j'ai donc travaillé à la conception complète tant du point de vue matériel que logiciel d'un microscope bi-photon adapté à l'imagerie in vivo et équipé d'un dispositif de correction de front d'onde. J'ai également développé une méthode d'optimisation prometteuse basée sur l'approche modale de la correction des aberrations optiques couplée à l'utilisation d'une métrique adaptée à l'imagerie non-linéaire en profondeur. Enfin, j'ai pu appliquer cette méthode dans des conditions in vitro et in vivo permettant de montrer son efficacité. / The hippocampus, a cortical structure located in the temporal lobe, is at the heart of the management of many cognitive functions such as spatiotemporal information encoding or episodic memory. At present, the hippocampus is studied through many methods including fluorescence imaging, and used on awake animals, allows access for the study of the neural network function. Despite this, a sub-region: the dentate gyrus has still a poorly elucidated role because it is deeply buried in the brain. His study would bring new elements on the hippocampus functioning. Due to its depth of about 1 mm, its imagery remains very difficult. Indeed, scattering as well as optical aberrations introduced by the successive layers of matter strongly degrade the imaging quality. Yet adaptive optics, a technique inherited from astronomy, could change that. By integrating it into a bi-photon microscope, it would be possible to compensate optical aberrations introduced by the brain and thus to achieve the in vivo imaging of the dentate gyrus. During my PhD, I worked on the complete design both in hardware and software of a bi-photon microscope suitable for in vivo imaging and equipped with a wavefront correction device. I also developed a promising optimization method based on the modal approach of optical aberration correction coupled with the use of a metric adapted to nonlinear depth imaging. Finally, I was able to apply this method in in vitro and in vivo conditions to show its effectiveness.

Comment les différentes formes de mémoire sont-elles encodées et comment interagissent-elles ? L'identification des réseaux neuronaux sous-jacents aux différentes formes de mémoire est une approche performante qui permet de mieux comprendre la dynamique des phases de mémoire et leurs interactions. La Drosophile représente un modèle de choix pour l'étude des mécanismes d'apprentissage et de mémorisation. Son cerveau est composé de 100.000 neurones et des outils génétiques permettent d'étudier fonctionnellement les circuits neuronaux avec une résolution proche du neurone unique. On utilise deux sortes d’apprentissage olfactif associatif : l’un, appétitif, repose sur l’association entre une odeur etdu sucre, et l’autre, aversif, associe une odeur et des chocs électriques. On distingue deux types de mémoires appétitives, une à court-terme et une à long-terme. Notre équipe a montré récemment que ces mémoires appétitives se forment indépendamment. La mémoire aversive a été décomposée en deux mémoires labiles à court-terme et à moyen terme, et deux mémoires consolidées : la mémoire à long terme (LTM) qui repose sur une synthèse protéique de novo et la mémoire résistante à l’anesthésie (ARM). Les corps pédonculés (CP), le centre de l'apprentissage et de la mémoire olfactive de la Drosophile, forment une structure bilatérale d’environ 2.000 neurones par hémisphère cérébral, appelés cellules de Kenyon. Celles-ci ont été classées en trois sous-types–γ, αβ et α’β’–en fonction des ramifications de leurs projections axonales qui définissent trois lobes médians (β, β’, γ) et deux verticaux (α, α’). Certains réseaux neuronaux responsables du rappel de la mémoire ont été caractérisés mais la correspondance entre ces réseaux et les phases de mémoire n’est encore que parcellaire. Grâce à des outils thermogénétiques nous pouvons inhiber une population neuronale restreinte pendant la phase de rappel spécifiquement. Au cours de ma thèse j'ai affiné la dissection des différentes phases de mémoire olfactive tant au niveau comportemental qu'au niveau des réseaux neuronaux. Nous avons pu attribuer à chaque phase de mémoire un réseau neuronal précis allant des neurones intrinsèques des CP aux neurones efférents impliqués dans le rappel de la mémoire. Nous avons ainsi mis en évidence une distribution spatio-temporelle de six phases de mémoires aversives mettant en jeu des réseaux neuronaux distincts et complémentaires. Nous avons montré que la ARM, jusqu’ici considérée comme une phase de mémoire unique est en réalité une mémoire composite. Nous avons identifié et localisé trois formes de ARM : la ARM immédiate, la ARM à moyen terme et la ARM à long-terme localisées respectivement dans les neurones αβ, γ et α’β’. Les deux formes séquentielles de mémoire labile immédiate et à moyen-terme ont été localisées dans les neurones γ et αβ respectivement. Nous avons aussi identifié les neurones extrinsèques de rappel de ces différentes formes de mémoire. Nous avons montré que les neurones MB-V2, précédemment décrits par notre équipe, assurent le rappel des mémoires localisées dans les neurones αβ et α’β’. Nous avons également identifié un nouveau type de neurones impliqués dans le rappel mnésique, les neurones MB-M6, efférents aux lobes γ et β’. Il existe un neurone MB-M6 par hémisphère. Ceux-ci sont impliqués dans le rappel des phases de mémoire aversive impliquant les neurones γ et α’β’. Nous avons aussi montré que les neurones MB-M6 sous tendent le rappel de la mémoire appétitive à court-terme. Ces découvertes permettent de dresser un tableau complet des circuits de sortie des corps pédonculés sous-tendant chaque phase de mémoire. Ce schéma global laisse apparaître qu’à un temps donné, deux formes de mémoire distinctes ne partagent jamais le même circuit. Nos travaux ouvrent la voie à l’étude comparée des modifications physiologiques encodant les différentes formes de mémoire associative chez la Drosophile. / A fly can form robust aversive associative olfactory memory after pairing an odor with electric shocks. Appetitive memory forms in a starved fly after pairing an odor with sugar delivery. Both types of olfactory memory rely on the mushroom bodies (MBs), a paired lobed structure of ∼2,000 neurons—the Kenyon cells (KCs)—per brain hemisphere. Based on their axonal morphology, KCs are classed into three different subtypes: axons from α/β and α′/β′ KCs branch into vertical (α and α′) and medial (β and β′) lobes, whereas axons from γ neurons form only a medial γ lobe. Drosophila can form two types of consolidated memories: LTM, which relies on de novo protein synthesis, and ARM, which does not. Droophila can also sequetially forms an immediate labile memory and a middle term labile memory.We have demonstrated a spatio-temporal distribution of six phases of aversive memories involving distinct and complementary neural networks. We have identified and located three forms of ARM: immediate ARM, middle term ARM and long-term ARM located respectively in αβ neurons, γ and α'β’. Both sequential forms of immediate labile memory and middle term memory were localized in γ and αβ neurons respectively. We also identified the extrinsic neurons required for the retrieval of these different forms of memory. We showed that MB-V2 neurons, previously described by our team, ensure the recall of memories localized in αβ and α'β’ neurons. We identified a specific pair of MB-efferent neurons, named M6 neurons. These are involved in the retrieval of aversive memories involving γ and α'β ‘ neurons. We have also shown that MB-M6 neurons are required for the retrieval of appetitive short-term memory.

Ma thèse est consacrée à l’étude des réseaux neuronaux spinaux impliqués dans la motricité chez l’Homme est comprend deux chapitres. Des travaux récents effectués sur la moelle épinière du rat ont mis en évidence qu’au cours du développement chez les mammifères, les synapses GABAergiques et glycinergiques sont tout d’abord excitatrices avant de devenir inhibitrices et qu’une section de la moelle épinière ne permet pas cette transformation. Cette transition développementale semble due à l’action d’un transporteur transmembranaire (KCC2) au cours de développement qui diminue après section de la moelle épinière. La diminution de l’expression du KCC2 dépolarise l’action du GABA et de la glycine, ce qui conduit donc à une réduction de l'efficacité de synapse inhibitrice. Le but de ce projet est d’explorer si chez l’Homme une section traumatique de la moelle épinière qui prive les neurones inhibiteurs de leur contrôle suprasegmentaire a pour conséquence de modifier leur comportement synaptique, voire de les ramener à un fonctionnement « immature », c’est-à-dire de transformer des synapses inhibitrices en synapses facilitatrices. Pour tester cette hypothèse, nous avons étudié l’effet sur des synapses inhibitrices de la moelle épinière d’une prise per os de furosémide, un antagoniste de KCC2, et comparé ses effets chez des sujets sains et chez des patients porteurs d’une section de la moelle épinière. L’étude sur les sujets sains suggère que le furosémide (40 mg) a pour effet une réduction du fonctionnement des synapses inhibitrices. Cet effet du furosémide sur les synapses inhibitrices semble être réduit chez des patients. Les résultats obtenus chez les sujets sains indiquent que furosémide administré per os à des dose largement utilisé en clinique humain modifie sélectivement le fonctionnement des synapses inhibitrices et permet donc de disposer d’un mesure non-invasive de fonctionnement intrinsèque de la synapse inhibitrice. Les résultats préliminaires obtenus chez les patients porteurs d’une section de la moelle épinière suggèrent une réduction de l’efficacité de synapses inhibitrices qui probablement contribue à la spasticité. La stimulation électrique transcrânienne de courant continu encore appelée « transcranial direct current stimulation (tDCS) » par les anglo-saxons, a connu un essor considérable et constitue aujourd’hui une technique de référence pour moduler l’excitabilité du cortex chez l’Homme. En 2009, Roche et al. ont montré dans notre laboratoire, que la tDCS anodale appliquée sur l’hémisphère contralateral pouvait également modifier l’excitabilité des réseaux neuronaux spinaux (i.e. l’inhibition réciproque au niveau du poignet) enregistrée sur le côté dominant chez les sujets sains. L’existence de projection corticale ipsilatérale sur les réseaux neuronaux spinaux de la moelle épinière et leurs éventuelles modifications après lésion cortico-sous-corticale reste très controversée. Dans ce projet, nous avons testé les effets de la tDCS ipsi- et contralarérale du cortex non-lésé sur l’inhibition réciproque chez des patients AVC. La tDCS ipsilatérale n’induit pas de modifications de l’inhibition réciproque chez les sujets sains. Des résultats similaires enregistrés sur le membre supérieur lésé ont été observés chez des patients AVC, mais ces résultats mériteraient d’être confortés avec un plus grand nombre de sujets. La tDCS contralatérale chez les sujets sains n’induit pas de modifications de l’inhibition réciproque enregistrées sur le membre supérieur non-dominant. Ce résultat est différent de celui observé sur le membre supérieur dominant par Roche et al. (2009). Ce contrôle asymétrique sur l'inhibition réciproque est argument en faveur de l'hypothèse que l'inhibition inter-hémisphérique (IHI) entre les deux cortex moteurs est asymétrique. L’IHI à partir de l'hémisphère «dominant» est probablement plus importante. / My thesis is devoted to the study of the spinal circuitry involved in motor functions using non-invasive electrophysiological methods in humans. It comprises two research projects.Studies in animals have shown that during neural development, GABAergic and glycinergic neurons are first excitatory, and then become inhibitory during maturation. This developmental transition is mainly due to the activation of co-transporter KCC2 at the mature state. A down-regulation of KCC2 was reported after spinal cord transection in the rat that leads to the depolarising (excitatory) action of GABA and glycine and thus results in a reduction of inhibitory synaptic efficiency. The aim of this project was to explore if spinal cord injury (SCI) in human reverses the pattern of GABAergic and glycinergic neurons back towards the immature state (primarily excitatory). To test this hypothesis, we studied the effects of furosemide (a KCC2 antagonist) on spinal inhibitory synaptic function, and compared the results obtained in healthy subjects and SCI patients. Results in healthy subjects suggest that furosemide (40 mg, orally-administrated) induces a reduction of inhibitory synapse functions. This effect of furosemide on inhibitory synapses seems to be reduced in SCI patients. Our results suggest that furosemide has the potential to test functions of inhibitory synapses in humans. The difference of furosemide effects on spinal inhibitory synapse excitability in healthy subjects and SCI patients favours the hypothesis of a decrease in inhibitory neuronal activity induced by down-regulation of KCC2 after SCI in humans that likely contributes to spasticity. Transcranial direct current stimulation (tDCS) has emerged as a method for exploring cortex excitability in humans. Roche et al. (2009) have shown in our laboratory that using anodal tDCS over contralateral motor cortex can also induce changes in spinal network excitability (i.e. reciprocal inhibition between forearm muscles) in the dominant limb in healthy subjects. It is unknown whether motor activity from the unaffected cerebral hemisphere could be employed after semi-brain damage in patients with hemiplegia. Moreover, little is known about the non-affected limb if it always functions like 'normal' after unilateral stroke. In this project, the ipsi- and contralateral corticospinal controls on reciprocal inhibition between forearm muscles were explored using anodal tDCS applied over the unaffected motor cortex of stroke patients and then compared to the results obtained in healthy subjects. Ipsilateral tDCS induces no change in reciprocal inhibition in healthy subjects. Similar results recorded on the affected upper limb are observed in stoke patients. However a larger number of patients is required to confirm the results. Contralateral anodal tDCS in healthy subjects shows no changes of reciprocal inhibition recorded in the non-dominant upper limb. This result is different from that observed in the dominant upper limb by Roche et al. (2009). This asymmetrical control on reciprocal inhibition would favour the hypothesis that the inter-hemispheric inhibition (IHI) between both motor cortices is asymmetric, with prominent IHI projections originating in the “dominant” left hemisphere. Contralateral anodal tDCS of the unaffected motor cortex induces a strong decrease in reciprocal inhibition in non-affected upper limb in stoke patients.This is different from that observed in both dominant and non-dominant upper limb in healthy subjects suggesting that the pathophysiological changes after unilateral stroke would probably not occur only on the hemiparesis side, but may also the non-affected side. A larger number of patients is still required to confirm the results.

L'un des principaux objectifs des neurosciences est de comprendre comment les fonctions cognitives sont codées par la dynamique des grands réseaux neuronaux. L'étude de la perception sensorielle a principalement été axée sur l'enregistrement de l'activité neuronale induites par des stimulations sensorielles. Une approche alternative réside dans l'utilisation des illusions sensorielles. Ainsi, la perception sensorielle peut avoir lieu en l'absence de stimulation physique externe. Nous avons utilisé une approche multidisciplinaire combinant l'imagerie calcique à deux photons, le comportement moteur et l'optogénétique. Nous avons pu montrerque la larve de poisson zèbre est capable de percevoir " l'effet après mouvement " (EAM). En utilisant l'optogenetique (halorhodopsine) nous avons été capables d'inhiber les mouvementes oculaires pendant la présentation du stimulus conditionné (SC). Nous avons montré que les mouvements des yeux lors du SC ne sont pas impératifs pour l'induction de l'EAM, ce qui suggère que l'EAM n'est probablement pas d'origine musculaire. En utilisant la microscopie à deux photons nous avons montré une habituation de neurones tectales au cours de l'EAM. Cette habituation se dégrade selon une échelle de temps qui correspond au comportement oculo-moteur, lors de l'EAM. En revanche, les cellules ganglionnaires de la rétine ne sont pas habitués. Ceci indique que le toit optique, mais pas la rétine, joue un rôle prépondérant dans l'induction du EAM. Cette approche multidisciplinaire permet de comprendre de façon plus approfondie les mécanismes neuronaux sous-jacents au EAM, et de spéculer sur le corrélat neuronal de la perception du mouvement. / One of the main goals in neuroscience is to understand how cognitive functions are encoded by the dynamics of large neuronal networks. The main stream to study sensory perception has mainly focused on sensory stimulation and neuronal recordings of the induced neural responses. An alternative approach is the use of sensory illusions, in which sensory perception take place in the absence of physical external stimulation. For this purpose, we have used a multidisciplinary approach combining the zebrafish larva as the experimental model, two-photon calcium imaging, motor behavior and optogenetics. We showed that the zebrafish larva is capable of perceiving motion after-effect (MAE). Using optogenetics (halorhodopsin) to prevent eye movements during the presentation of the conditioning stimulus (CS), we showed that pursuit eye movements during CS are not imperative for the induction of MAE, suggesting that neither muscular fatigue nor eye-muscle proprioception feedback play a role in the generation of MAE. Furthermore, we used two-photon microscopy in combination with transgenic fish expressing GcaMP3 . We first observed that during MAE, neurons in the optic tectum (the largest and highest visual brain center of the larva) were strongly habituated. This habituation later decayed with a temporal scale that matched that of the optomotor MAE-like behavior. In contrast, no significant habituation was observed in the retina, Thus, we suggested that the optic tectum but not the retina plays a role in generation of MAE. Our approach contributed to a more comprehensive view of the neuronal mechanisms underlying MAE, and shed light on the neuronal correlate of motion perception

Les buts de la recherche présentée dans ce mémoire sont : (1) de choisir et d'implémenter un algorithme d'apprentissage pour un système d'information militaire et (2) d'appliquer cet algorithme dans un cadre astrophysique. L'algorithme choisi est le «Evolving Fuzzy Neural Network (EFuNN)». Trois lacunes de l'EFuNN ont été identifiées et corrigées : (1) la métrique n'accepte pas de données manquantes, (2) la méthode de suppression des règles n'est pas adaptée au monde réel et (3) l'EFuNN ne peut pas exploiter ses connaissances statistiques. Pour l'application militaire, trois variations d'une expérience ont été faites : prédire la qualité de sources d'informations distribuées sur une carte. L'EFuNN a eu une précision supérieure aux besoins. Pour l'application astrophysique, l'EFuNN a eu une performance comparable à d'autres réseaux de neurones, ainsi, il pourrait être utile dans un système comprenant plusieurs réseaux de neurones qui votent. / The research presented in this master's thesis has two goals : (1) choose and implement a learning algorithm for a military information System and (2) apply this algorithm to an astrophysic problem of classification. The choosen algorithm is the Evoling Fuzzy Neural Network (EFuNN). Three problems of the EFuNN were found and corrected : (1) The metric was not able to mariage missing data, (2) the pruning method was not adapted to real world learning and (3) the EFuNN was not able to used its statistical knowledge. For the first goal, three variations of the same experiment were made : predict the quality of informations sources that are distributed on a map. The modified EFuNN performed better that needed on those tests. For the second goal, the EFuNN had a similar performance in comparison with other algorithms and it could be useful to include it in a program which uses many algorithms to better its overall performance.