Teaching Summary

Title : Séminaires Cerveau et Cognition
Authors : Yves Frégnac and Cyril Monier
Year : 2012

Abstract

Cyril Monier - HSS 512F
SEMINAIRE HSS 512F
 

Cerveau et Cognition

Département d'Humanités et Sciences Sociales
Ecole Polytechnique, Automne 2012

Mise à jour 6/12/2012

 

Données - Description - Organisation - Thèmes - Agenda - Bibliographie

Données

  • Crédits ECTS : 1
  • Nombre d'heures : 24
  • Langue du cours : français
  • Horaires : jeudis matins de 8h à 10h
  • Dates : 27 sept – 5, 11, 18 oct – 8, 15, 22, 29 nov – 6, 13, 20, 21 déc 2012
  • Lieu : Amphi Carnot
  • Code catalogue : HSS512F

  • Responsables : Yves Frégnac et Cyril Monier
  • Emails : yves,fregnac O unic,cnrs-gif,fr / cyril,monier O unic,cnrs-gif,fr
  • Téléphones : +33 (0)1 69 82 34 15 / +33 (0)1 69 82 41 35

 

Description

La biologie est bouleversée par les progrès de la génétique et de l'informatique. Demain, grâce au décryptage du réseau complet de gènes régulant un être vivant, tout paraîtra modifiable, de la couleur des yeux jusqu'au comportement. Demain, grâce aux avancées dans le domaine des interfaces cerveau-machine, un simple « décodage » de la pensée à partir de l'activité cérébrale suffira à mouvoir des bras articulés, déclencher des actions avant même que les muscles de notre corps ne soient mobilisés.

Ces nouveaux pouvoirs de la biologie remettront en cause l'immuabilité du monde vivant qui nous entoure et des modes d'interaction entre agents pensants. Faut-il craindre ou espérer qu'en touchant seulement quelques gènes, on pourra, à volonté, transformer les capacités cognitives d'un être vivant? L'homme va-t-il demain posséder le pouvoir de réparer ou même « reprogrammer » son cerveau et la communication qu'il entretient avec l'environnement? Ces dernières années, les neurosciences cognitives ont considérablement progressé sur la base des résultats de la neurobiologie et des techniques d'exploration multi-échelle comme la neuro-imagerie anatomique et fonctionnelle.

Le séminaire Cerveau et cognition vise à faire le point sur ces progrès. Quelles techniques et quels paramètres psychophysiques sont aujourd'hui accessibles pour démontrer la nature organique de la perception, du langage, du raisonnement ou de l'action ? À quel point ces paramètres permettent-ils d'intégrer, en la formalisant, une fonction cognitive ? Comment la modélisation de processus cognitifs comme la perception, l'apprentissage, la mémoire ou même la conscience, prend-elle en compte les différents niveaux d'intégration, de la molécule à l'individu ?

La matérialisation neurobiologique du mental diffuse dans les sciences humaines et le tissu social en apportant un jour nouveau sur certaines problématiques traditionnelles de la psychologie et de la philosophie. Elle a enfin des applications en santé humaine, en informatique, en automatique et robotique et, même, en modélisation logique et mathématique. À ce titre, les neurosciences deviennent une composante des sciences de l'ingénieur.

 

Organisation

Organisé cette année par le département d'Humanités et Sciences Sociales, le séminaire illustrera cette tendance en s'appuyant sur l'interdisciplinarité entre humanités et sciences sociales, neurosciences, informatique et physique. Au cours d'une série de conférences, il abordera entre autre les thèmes suivants :

  • dynamique des systèmes complexes en biologie
  • imagerie multi-échelle (du niveau subcellulaire au cerveau entier)
  • architectures de calcul inspirées du vivant et perception sensorielle
  • neuropsychologie de l'action
  • mécanismes cérébraux du « beau » et du « vrai »
  • cortex visuel
  • conscience du corps
  • etc.

Cette année, le séminaire comprendra 11 séances, chacune étant organisée autour d'une conférence donnée par un scientifique invité provenant de divers laboratoires et institutions, qu'ils soient dans la recherche fondamentale, le monde médical ou industriel :

  • Laboratoire "Connaissance Organisation et Systèmes Technique" (Costech), Université de Technologie de Compiègne (UTC CRED)
  • Centre de Recherche en Epistémologie Appliquée (CREA), Ecole Polytechnique-CNRS, Paris
  • Institut des Systèmes Complexes (ISC-PIF), Paris Ile-de-France
  • Laboratoire "Récepteurs et Cognition" (URA2182), Institut Pasteur, Paris
  • Département "Systèmes et Codages Neuronaux", Max Planck Institute for Brain Research, Francfort
  • Institut Thématique Multi-Organismes (ITMO), "Neurosciences, Sciences Cognitives, Neurologie, Psychiatrie", Inserm, Paris
  • Unité de Neurosciences, Information et Complexité (UNIC), CNRS, Gif-sur-Yvette
  • Laboratoire International de Neuroimagerie Cognitive (LINeM), UPMC-Inserm, Paris et Montréal
  • Laboratoire Kastler Brossel (LKB), Ecole Normale Supérieure
  • Laboratoire "Psychologie de la Perception" (LPP), Université Paris Descartes
  • Laboratoire de Neuroimagerie Cognitive (Neurospin), CEA-Inserm, Saclay
  • Laboratoire de Neurophysique et Physiologie (LNP), Université Paris Descartes
  • Unité "Biologie Cellulaire de la Synapse Normale et Pathologique" (U497), ENS-Inserm, Paris
  • Unité "Dynamique Cérébrale et Cognition" (U821), Inserm, Lyon
  • Lyon Neuroscience Research Center - INSERM U1028
  • Physiopathologie des maladies du système nerveux central. Inserm U952/CNRS UMR7224/Université Pierre et Marie Curie (ParisVI).

Cette série est coordonnée par Yves Frégnac (Professeur à l'X et Directeur de l'INAF) et Cyril Monier (chercheur à l'UNIC).

Les élèves sont appelés à participer au séminaire en présentant à leur tour des exposés sur des questions susceptibles d'illustrer ou compléter les conférences. Pour cela, ils doivent

  1. former des groupes de travail :
    • en binômes, trinômes, voire quadrinômes, suivant les effectifs

  2. choisir leurs thèmes :
    • chaque groupe choisit une séance
    • s'il est un binôme ou trinôme, il sélectionne 2 (deux) articles sur les 3 proposés pour cette séance ; dans le cas du trinôme, le 3ème élève présente une introduction et une conclusion encadrant les 2 articles (cf. ci-dessous)
    • s'il est un quadrinôme, les 3 articles seront présentés et le 4ème élève s'occupe de l'introduction et de la conclusion autour de ces articles

  3. préparer leurs exposés :
    • les exposés doivent durer environ 45-50mn en tout, questions non comprises
    • ils doivent être formattés en PowerPoint (ou compatible) ou bien PDF
    • ils doivent comprendre une introduction (contexte des articles, état de l'art) et une conclusion (nouveauté des articles dans ce contexte) qui encadreront la revue proprement dite des articles, présentées toutes les deux par l'un des membres du groupe
    • les 2, 3 ou 4 élèves peuvent se partager le travail selon leurs préférences, en assurant une charge et un temps de parole équitables (donc, respectivement, 23mn, 15mn ou 12mn par élève)
    • les présentations seront préparées sous la supervision et avec les conseils du conférencier invité et des responsables du séminaire (par email, téléphone et/ou sur rendez-vous)
    • elles seront envoyées par email à ces trois personnes au plus tard le mercredi, veille de la séance, et apportées en classe par le groupe sur ordinateur portable ou clé USB 

  4. démontrer leur capacité à
    • aborder des concepts nouveaux pour eux, parfois difficiles de premier abord pour des non-experts, en gardant une attitude de curiosité et une volonté de recherche
    • structurer leur réflexion sur un sujet à caractère scientifique ou technique, souvent pluridisciplinaire, notamment grâce à une recherche bibliographique externe
    • restituer leur réflexion de manière simple et rigoureuse devant leurs camarades 

  5. lire tous les articles :
    • chacun doit pouvoir participer aux questions et discussions de toutes les séances, sur la base des articles choisis et présentés par ses camarades.
L'évaluation du succès de ce travail et de la note finale (par délibération entre le conférencier invité et les responsables du séminaire) se concentrera moins sur la quantité totale de connaissances effectivement comprises ou acquises que sur l'authenticité des efforts investis dans la recherche et l'exploration détaillées de ces connaissances, ainsi que l'exposé des interrogations qu'elles ont pu susciter.

Agenda et Thèmes des séminaires

Toutes les séances ont lieu les jeudis matins de 8h à 10h dans l'amphi à l'Ecole polytechnique, Palaiseau.

Date Intervenants Intitulé Références
27 septembre Yves FREGNAC

INTRO : Cerveau et cognition


Présentation Cyril Monier

4 octobre Cyril MONIER Introduction aux enregistrements multi-échelles de la dynamique corticale
seminaire Monier

CHEVALIER Vincent

FLAMME Thomas

GALMICHE Alexis

Nous présenterons et comparerons ici les différentes techniques et analyses utilisées pour enregistrer l’activité du cerveau à différentes échelles.
- Enregistrements intracellulaires
- Enregistrement multi-électrode, LFP, SUA et MUA
- Imagerie optique intrinsèque et extrinsèque (VSD, bi-photon)
- Potentiel evoqué, EEG.
- Imagerie par résonance magnétique fonctionnelle

Articles à présenter

Maier et al 2008

Logothetis et al. 2001

11 octobre Bertrandl THIRION Utilisation de l'Imagerie par Résonance Magnétique fonctionnelle pour décoder les percepts visuels chez l'Homme.  

FRAZZA Loïc

HELIOU Amélie

Au cours de cette séance, nous allons tout d'abord présenter l'Imagerie par Résonance Magnétique fonctionnelle (IRMf), qui est une des principales techniques d'exploration non invasive de l'organisation fonctionnelle du cerveau --à savoir sa division en zones spécialisées et leur organisation en réseau-- chez l'homme. Nous allons étudier comment cette imagerie est exploitée pour fournir des informations fiables sur localisation des zones fonctionnelles du cerveau. Nous nous intéresserons plus particulièrement aux approches dites de décodage, qui utilisent les réponses de plusieurs zones du cerveau pour ajuster une variable cognitive d'intérêt. Nous décrirons le cadre d 'utilisation de ces méthodes et leur application à l'étude du système visuel humain: identification d'objets présentés visuellement, de de lettres, de mots etc. Nous discuterons finalement comment cette approche peut aider à valider des modèles neuro-computationnels de la vision.

Articles à présenter

Kamitai & Tong 2005

Kay & al 2008

Miyawaki et al 2008

18 octobre Maxime DAHAN

Imagerie moléculaire
Imagerie et nanosciences dans l'étude des cellules nerveuses

FREMONT Jéröme

HELIOU Alice

La description des bases moléculaires de l'organisation de la synapse est un enjeu clé pour la compréhension de la plasticité des cellules nerveuses. De nouveaux outils issus d'un mariage heureux entre techniques de biologie, d'optique et de nanosciences permettent aujourd'hui de visualiser la dynamique d'acteurs importants, tels que les récepteurs aux neurotransmetteurs, à l'échelle de molécules individuelles au sein de neurones vivants. Dans cette présentation, nous nous attacherons d'abord à décrire le principe de ces outils ainsi que leur apport pratique et conceptuel. En particulier, nous discuterons comment l'analyse du comportement de molécules uniques soulève des questions nouvelles sur l'organisation et la dynamique d'assemblages macromoléculaires tels que la synapse. Dans une deuxième partie, nous nous intéresserons plus spécifiquement à la dynamique de récepteurs aux neurotransmetteurs inhibiteurs (GABA, Glycine) dans la membrane dendritique. Nous discuterons les mécanismes moléculaires qui contribuent à leur localisation synaptique, en lien avec l'activité neuronale.

Articles à présenter

Bouzigues et al 2007

Elhers Choquet 2008

Nakada Nature Cell Biol 2003

8 Novembre Olivier GAPENNE Enaction : un paradigme et des applications  

KEUTCHAYAN Julien

POTIRON Yoann

RICHIER Loïc

Inspiré par les travaux d’Humberto Maturana et Francisco Varéla, le paradigme de l’enaction propose une reformulation à la fois de l’objet des sciences cognitives à savoir la cognition comme activité/processus, et de la question centrale du rapport corps/esprit. Après avoir rappelé quelques éléments historiques, les concepts centraux (autonomie, corporalité, émergence, expérience, sense-making) et formuler quelques éléments critiques, les exposés pourront être l’occasion d’aborder des chantiers concrets comme la dynamique autopoïétique, l’épilepsie ou la perception.

Articles à présenter

Stewart Gapenne 2004

Le Van Quyen

Bitbol Luisi

15 Novembre Gilles Laurent

Codage en populations de neurones
Encodage olfactif: dynamique de réseaux, nature des représentations

Article Revue

Laurent Coding Review 2002

BOUTEILLE Simon

DE SAXCE Hugues

LACOIN Paul

L'olfaction est un sens ancien (du point de vue évolutif), complexe (du point de vue de la description du monde des odeurs), et fascinant du point de vue structurel et fonctionnel. Les récents développements de la biologie moléculaire de l'olfaction indiquent à la fois une grande dimensionalité (il y a plus de 1200 types de récepteurs chez les rongeurs ; comparez ceci à 3 pour la perception de la couleur chez les primates) et un grand degré d'organisation dans les réseaux. Mon exposé sera concentré sur les aspects d'encodage dans le système olfactif, prenant pour support expérimental des résultats obtenus chez les insectes et le poisson (des systèmes plus simples mais dont les règles de fonctionnement ont de fortes chances d'être généralisables). Nous nous concentrerons en particulier sur les phénomènes de dynamique des réseaux et sur les principes de représentation du monde extérieur par des ensembles neuronaux.

Articles à présenter

Cassenaer Laurent 2012

Cassenaer 2007

Perez-Orive Science 2002

22 novembre Pascal MAMASSIAN La perception comme résolution d'un problème d'inférence  

BODIN Vincent

DUMAS-PRIMBAULT Simon

ZYLBERBERG Hugo

Toute sensation est confrontée à différents niveaux d'incertitudes, depuis l'ambiguité inhérente à un stimulus jusqu'à la variabilité du traitement neuronal. De ce point de vue, la perception peut être abordée comme la résolution d'un problème d'inférence: quelle est la scène du monde la plus probable qui est responsable de l'activation de mes capteurs sensoriels? Nous discuterons de différents problèmes de perception visuelle qui ont été traités dans un cadre probabiliste bayésien.

Articles à présenter

Chopin Mamassian 2012

Girshick 2011

Moreno Bote 2012

29 novembre Virginie Van Wassenhove

La logistique temporelle cérébrale: implications pour la représentation mentale du temps

Article Revue

Van Wassenhove Revue 2009

DENIS Florian

IOOSS Nicolas

VINCENDON Valentin

One goal of time research is to link the dynamics of brain processes (temporal processes) with the conscious experience of time (time perception). Traditionally, the hallmark of time perception has been the experience of duration requiring at least two temporal markers: onset and offset of an event delimiting an interval or ‘time quantity’ that the brain needs to estimate in order to elicit our experience of time. It has become clear that neural oscillations provide a logistical platform for “timing” in cortex: functionally distinct frequency bands have been shown to serve as diverse purposes as speech processing, attentional selection, working memory or conscious awareness. Indeed, the temporal structure of brain dynamics does not solely serve timing functions but more canonical operations relevant to temporal event structuring at all scales. Can distinct neurophysiological markers index the structuring of events in time specifically for temporal cognition? I will show that the encoding and structuring of events in time capitalize on the natural dynamics of brain processes at an early stage of sensory processing thereby impacting perception at large. Multisensory and supramodal processing will be used as relevant illustrations to address this issue. For instance, attentional selection across auditory and visual sensory modalities will be shown to be bounded in time in agreement with recent neurophysiological findings. Additionally, the phase of entrained neural oscillations can serve as a first operation in the temporal structuring of events by automatically flagging events and encoding order across sensory modalities. Neural markers of temporal event structuring dedicated to temporal cognition can be clearly demarcated from generic markers of perception/cognition while naturally constraining perceptual and cognitive processes. The case for multiplex encoding in the brain will be exposed

Articles à présenter

Lima et al JNS 2011

Praamstra et al JNS 2006

 

6 décembre Jean-Philippe LACHAUX

BrainTV : Mapping Cognition in Real-Time and under Realistic Conditions

www.braintv.org

GARDELLA Christophe

HENAFF Olivier

RUELLAN Arthur

A decade ago, we reported that information processing in human sensory cortex generates transient energy modulations of intracranial EEG (iEEG) signals in a broad and high frequency range (40 Hz to 150 Hz), called the gamma band - in line with previous human scalp EEG and animal microrecording studies. Since then, iEEG studies have confirmed that gamma-band activity (GBA) is a reliable biomarker indicating whether a given neural population participates in the cognitive task at-hand. Further, GBA is so strong and so tightly linked to cognition that its variations can be related in real-time with what patients are doing - reading, listening, watching, saying or even thinking. A computerized set-up – BrainTV - allows experimenters and patients to watch GBA produced by very small neural populations. BrainTV allows the experimenter to test many hypotheses about the function of a given cortical structure in a very short time. This is what we call ‘cognitive field mapping’, in direct analogy with the classic real-time ‘receptive field mapping’ used in animal electrophysiology. BrainTV also provides a direct connection between the conscious experience of a human being and the activity of his brain. Subtle variations of attention, quick thoughts, emotions, evanescent memories of the past, can not be ‘ triggered ‘ by external means. Yet, such minor cognitive events form the landscape of our conscious experience. BrainTV provides a unique way to relate them to neural processes, via correlations that participants can establish between what they see on screen and what they feel. It also provides strong candidates for future Brain-Machine Interfaces.

 

Articles à présenter

Cerf et al. 2010

Lachaux et al. 2007

Hamame et al. 2012

13 décembre

Julie GREZES

Bases cérébrales impliquées au cours de la perception sociale

 

CONAN Bastien

GOLBERG Eilel

RASSER Charlotte

La complexité sociale dans laquelle notre espèce évolue suppose l'existence de mécanismes spécialisés dans la perception et compréhension des signaux sociaux émis par nos congénères, et plus largement, d'un ensemble de processus cognitifs rendant possible la coordination et l'interaction sociale. Dans notre intervention, nous discuterons de manière critique quelques uns des nombreux travaux qui ont fait valoir l'idée que la compréhension des actions, émotions et états mentaux d'autrui repose essentiellement sur les ressources cognitives et neurales utilisées pour produire ces mêmes états mentaux, émotions et actions. Plus particulièrement, nous défendrons l'idée que ce principe général de 'résonance’ est difficilement applicable à l'ensemble des états mentaux et émotionnels et ne permet pas de faire complètement sens de certains de nos comportements sociaux, notamment ceux de la communication émotionnelle.

Articles à présenter

Brass et al 2007

Calvo Grezes 2006

Conty 2012

Hennenlotter 2009

20 décembre Jean PETITOT Neuro-géométrie de la vision
Architectures de calcul dans le cortex visuel
 

LANGKET Vincent

MOREAU Nathan

 

SEANCE ANNULEE :

"Le chef d'Etat Major des armées prononcera une conférence devant les élèves des deux promotions le jeudi 20 décembre de 9h à 11h."

pour rappel :

Binet Robot Département Langues et Cultures

Jeudi 20 Décembre à 18h30 Amphi Becquerel Conférence "Studies on very humanlike robots"

Hiroshi ISHIGURO Professeur à l'université d'Osaka, Departement of Syetems Innovation & ATR Hiroshi Ishiguro Laboratory h

Geminoid that is a tele-operated android of an existing person can transmit the presence of the operator to the distant place. The operator recognizes the android body as his/her own body after talking with someone through the geminoid and has virtual feeling to be touched when someone touches to the geminoid. However, the geminoid is not the ideal medium for everybody. For example, elderly people hesitate to talk with adult humans and adult androids. A question is what is the ideal medium for everybody. In order to investigate the ideal medium, we are proposing the minimum design of interactive humanoids. It is called Telenoid. The geminoid is the perfect copy of an existing person and it is the maximum design of interactive humanoids. On the other hand, the minimum design looks like a human but we cannot know the age and gender. Elderly people like to talk with the telenoid. In this talk, we discuss the design principles and the effect to the conversation. Hiroshi Ishiguro (M’) received a D.Eng. in systems engineering from the Osaka University, Japan in 1991. He is currently Professor of Department of Systems Innovation in the Graduate School of Engineering Science at Osaka University (2009–) and Group Leader (2011–) of Hiroshi Ishiguro Laboratory at the Advanced Telecommunications Research Institute (ATR).His research interests include distributed sensor systems, interactive robotics, and android science. He has published more than 300 papers in major journals and conferences, such as Robotics Research and IEEE PAMI. On the other hand, he has developed many humanoids and androids, called Robovie, Repliee, Geminoid, Telenoid, and Elfoid. These robots have been reported many times by major media, such as Discovery channel, NHK, and BBC. He has also received the best humanoid award four times in RoboCup. In 2007, Synectics Survey of Contemporary Genius 2007 has selected him as one of the top 100 geniuses alive in the world today. La conférence, d'une durée d'une heure environ, est suivie de questions/débat avec le conférencier. La langue parlée est l'anglais. Cette conférence est ouverte à tous : chercheurs de tous domaines, élèves, étudiants, doctorants, post-doctorants, personnels technique, d’encadrement et administratif.

 
21 décembre Kevin O'REGAN

Conscience du corps
Localisation et nature ressentie des sensations : une approche sensorimotrice

 

JAMAUX Julien

KHOU Cécile

S. PHABMIXAY Pierre

GARCIA Lucas

Pourquoi est-ce que je ressens un toucher sur ma main, sur ma main, au lieu de le sentir dans mon cerveau ? Après tout, le signal capté par mes récepteurs cutanés aboutit dans mon cerveau. Estce parce que les aires corticales somatosensorielles activées représentent la surface du corps ? Dans ce cas pourquoi les aires visuelles, activées par des stimulations visuelles, représententelles le monde extérieur et non pas la surface de ma rétine ? Je montrerai que pour élucider ces questions, raisonner en termes d'activation d'aires corticales est moins utile que de raisonner en termes de lois sensorimotrices. J'expliquerai comment l'approche sensorimotrice permet d'éclairer certaines illusions d'appartenance du corps telles l'illusion de la "main en caoutchouc" et les "out-of-body experiences", et comment elle prédit également le phénomène de "substitution sensorielle" par lequel on peut, par exemple, voir avec les oreilles ou par la peau.

Articles à présenter

Petkova & Ehrsson 2008

Dummer 2009

O'regan et al. 2005

 



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