Comprendre les réseaux cérébraux

Frédéric Alexandre (1, 2, 3)

1 Mnemosyne - Mnemonic Synergy
2 LaBRI - Laboratoire Bordelais de Recherche en Informatique
3 IMN - Institut des Maladies Neurodégénératives [Bordeaux]

The brain is a fascinating object of study, because of the complexity of the cognitive functions it produces but also of its intrisic complexity. Indeed, the brain is made of a distributed network of neurons, considered as information processing units and gathered in circuits to produce cerebral functions. Cerebral functions and related behaviors emerge from the interaction of these ingredients and the study of the brain as a network is a central element in most domains of neuroscience that aim at finding links between structure and function, at various levels of description. Three kinds of connectivity are generally described : structural connectivity (at the anatomical level), functional connectivity (measuring statistical dependency between neuronal activations) and effective connectivity (measuring causal interactions for tasks and information flows). Considered jointly, together with considerations related to energy consumption, embodiment, ontogenesis and phylogenesis, they are an interesting way to understand how cerebral structures and functions generate mutual constraints to produce fascinating phenomena at all the scales.

Le cerveau est un objet d'étude passionnant, par la complexité des fonctions cognitives qu'il génère mais aussi par sa complexité intrinsèque. En effet, le cerveau est constitué d'un réseau distribué de neurones, considérés comme des unités de traitement de l'information et assemblés en circuit pour réaliser les fonctions cérébrales. Il faut donc considérer que les fonctions cérébrales et les comportements qui y sont associés émergent de l'interaction de ces constituants et que l'étude du cerveau en tant que réseau (et donc de sa connectivité) est un élément central dans tous les domaines des neurosciences qui cherchent fondamentalement à trouver des liens entre structure et fonction, à différents niveaux de description (de la molécule à l'individu). Les faits que les neurones soient des éléments placés dans un réseau physique, qu'ils traitent de l'information et que de leur interaction résulte un comportement sont indissociables. C'est pour cette raison que l'on devra considérer trois types de connectivité cérébrale : une connectivité structurelle (anatomique), une connectivité fonctionnelle (mesurant la dépendance statistique entre des activations neuronales) et une connectivité effective (mesurant les interactions causales relatives à une tâche et à des flux d'informations). Ces trois types de connectivité (que l'on devra considérer à différentes échelles d'espace et de temps) sont bien évidemment liés et leur analyse conjointe, associée à des considerations relatives à la consummation d'énergie, l'incarnation, l'ontogénèse et la phylogénèse, permet de mieux comprendre comment structures et fonctions cérébrales se contraignent mutuellement pour offrir des phénomènes fascinants à toutes ces échelles.

Mots clés: brain; network; computational neuroscience

Domaines: Réseau de neurones [cs.NE]

Frédéric Alexandre. Comprendre les réseaux cérébraux. [Rapport de recherche] RR-8219, INRIA. 2013, pp.21. ⟨hal-00783331⟩