L'Agence nationale de la recherche Des projets pour la science

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  • LU2 L’apprentissage sous incertitude: dynamique fonctionnelle du traitement de l’information dans les circuits fronto-striataux

    Principes computationnels et neuronaux pour adapter le comportement en condition d'incertitude: vers une définition des systèmes flexibles autonomes.
    Apprendre et agir en situation d'incertitude nécessitent avant tout d'évaluer cette incertitude et les issues de chaque action entreprise. Notre projet a pour objectif de définir les principes computationnels permettant d'adapter le comportement en condition d’incertitude et de préciser les mécanismes neuronaux mis en jeu chez des espèces caractérisées par leurs capacité de flexibilité, les rats et les primates.

    Comprendre l'apprentissage sous incertitude pour le développement de modéles computationnels adaptatifs et mieux analyser les troubles pathologiques du comportements
    Apprendre et agir en situation d'incertitude nécessitent avant tout d'évaluer cette incertitude et les issues de chaque action entreprise. Comprendre ces mécanismes permettrait de fournir des solutions puissantes à tout problème nécessitant la construction d'artéfacts autonomes (robots) capables de gérer l'ambigüité des situations, mais aussi d'apporter des outils analytiques clairs pour mieux évaluer l'effet de pathologies mentales marquées par la production de comportements inadaptés, compulsifs, ou autodestructeurs.
    Les neurosciences montrent que des régions cérébrales déterminées du cortex préfrontal et du striatum, et leurs innervations dopaminergiques, jouent un rôle prépondérant. Selon les hypothèses actuelles les interactions entre ces régions et leur modulation permettent la flexibilité du comportement, et ceci de façon adaptée aux incertitudes générées par l'environnement. Des données préliminaires venant des partenaires de ce projet montrent que le cortex préfrontal médian et certaines parties du striatum représentent différents niveaux d'incertitude sur l'environnement. Ces structures pourraient ainsi intégrer des informations sur les statistiques des conséquences des choix pour optimiser les mécanismes d'apprentissage. Toutefois, la synergie entre les différentes régions, le rôle de la dopamine, et les principes fondamentaux qui régissent ces mécanismes restent inconnus.
    Nous proposons de résoudre ces questions par une étude interdisciplinaire des mécanismes d'apprentissage en incertitude.



  • EARMEC Propriétés mécaniques, actives et passives, de la touffe ciliaire des cellules mécano-sensorielles ciliées le long de l’axe tonotopique de la cochlée des mammifères.

    Bases mécanique et moléculaire de la perception sonore par les cellules ciliées de la cochlée.
    Notre ouïe est sensible à des fréquences sonores variant d’un facteur 1000 - de 20 Hz à 20 kHz, avec un grand pouvoir discriminatoire entre fréquences (~0.2%). La cochlée renferme des cellules mécano-sensorielles ciliées répondant chacune à une fréquence bien précise de la gamme sonore par un mécanisme que nous proposons de clarifier.

    Mécanique active et passive de l’antenne auditive ciliée des cellules sensorielles de la cochlée.
    La perception sonore commence par la déflection de la touffe ciliaire, une organelle qui joue le rôle d’antenne mécanique à la surface de chaque cellule auditive de la cochlée. Notre objectif principal est d’identifier le mécanisme mécanique et moléculaire qui fixe la fréquence caractéristique de sensibilité sonore optimale d’une touffe ciliaire. Nous chercherons :
    1. à déterminer la position du canal ionique qui permet l’apparition d’un courant électrique ionique (en particulier calcique) à travers la touffe ciliaire en réponse à la vibration sonore.
    2. à mesurer les composantes mécaniques qui contrôlent la vibration de la touffe ciliaire ainsi que les effets de l’ion calcium sur ces composantes.
    3. à tester l’aptitude d’une touffe ciliaire à vibrer activement pour amplifier le stimulus sonore.
    4. à déterminer le rôle de deux moteurs moléculaires « myosines » - les myosines 1c et 7a – dans la sensibilité auditive d’une touffe ciliaire.
    5. à intégrer l’ensemble de nos résultats dans un modèle physique quantitatif de la touffe ciliaire.
    Plus de 10% de la population des pays industrialisés souffre de problèmes d’audition, depuis les troubles légers de perception qui affectent la compréhension du langage jusqu’à la surdité profonde. Nos recherches devraient permettre d’apporter un éclairage fondamental sur les bases mécaniques de l’audition humaine, permettant ainsi de guider le développement des thérapies de demain, en particulier la conception des implants cochléaires destinés à palier au mauvais fonctionnement des cellules ciliées.



  • MATICE Mécanismes d’Activation du Transfert des éléments Intégratifs Conjugatifs au sein de l’Ecosystème digestif

    Mécanismes d’Activation du Transfert des éléments Intégratifs Conjugatifs au sein de l’Ecosystème digestif (MATICE)
    Le microbiote intestinal joue un rôle majeur dans la santé humaine. Des flux de gènes (résistance aux antibiotiques, nouvelles propriétés cataboliques…) entre bactéries issues de l’alimentation et flore digestive peuvent perturber son équilibre. La conjugaison, mécanisme principal de transfert de gènes, est codée par différents éléments génétiques mobiles et en particulier par des éléments intégratifs conjugatifs chromosomiques (ICEs), très répandus mais encore peu connus.

    Rôle des ICE dans les flux de gènes entre bactéries issues de l’alimentation et bactéries commensales digestives
    Ce projet vise à évaluer les flux de gènes entre bactéries issues de l’alimentation et bactéries commensales digestives. Le travail se focalise sur les transferts de gènes au sein du genre Streptococcus qui regroupe diverses espèces en transit ou vivant au sein du tractus gastrointestinal (commensales i.e. Streptococcus salivarius, pathogène ou utilisé en industrie laitière i.e. Streptococcus thermophilus) mais également avec Enterococcus faecalis, composant majeur de la flore digestive.
    En utilisant comme modèle les ICE de la famille ICESt3, les objectifs sont de : (i) caractériser les stimuli environnementaux et les contacts cellulaires (rôle des molécules de surface, impact du biofilm) nécessaires pour initier le transfert des ICE, (ii) élucider les mécanismes moléculaires de régulation et (iii) évaluer les transferts au sein de l’écosystème digestif. Ce projet permettra de proposer des stratégies de lutte contre les transferts de gènes par conjugaison.



  • VADAD Rôle du dysfonctionnement cérébrovasculaire lié à l'hypertention artérielle dans la physiopathologie de la maladie d'Alzheimer : mécanismes cellulaires et moléculaires.

    Rôle déclenchant et aggravant de l'hypertension artérielle dans la maladie d'Alzheimer
    Mis au point des modèles murins de la maladie d'Alzheimer associée à une hypertension artérielle, facteur majeur de risque cardiovasculaire et de la maladie Alzheimer; étude des mécanismes cellulaires et moléculaires responsables de l'effet promoteur de l'hypertension sur le développement de la maladie d'Alzheimer.

    Hypertension artérielle et maladie d'Alzheimer
    Des anomalies cérébrovasculaires, comprenant une angiopathie amyloïde cérébrale AAC), des altérations de la barrière hémato-encéphalique et une maladie microvasculaire, sont fréquemment observées chez les patients atteints de la maladie d'Alzheimer. Ces différents facteurs aggravent la maladie et pourraient contribuer au déclin cognitif des patients.
    Peu de modèles animaux de la maladie d'Alzheimer présentent le spectre complet du dysfonctionnement cérébrovasculaire proche du tableau clinique. L'hypertension artérielle est un facteur de risque vasculaire majeur qui augmente de façon significative le risque de développer la maladie d'Alzheimer. Nous avons proposé de mettre au point des modèles expérimentaux de la maladie d'Alzheimer associée à une hypertension artérielle.
    Deux approches ont été envisagées : i) l'implantation chez les souris APPPS1 (modèle murin de la maladie d'Alzheimer) de mini-pompes osmotiques délivrant un produit hypertenseur (angiotensine II); ii) le croisement des souris APPPS1 et Nos3-/- (souris spontanément hypertendues en raison de l’absence d’oxyde nitrique endothélial).
    Les objectifs spécifiques de ce projet sont :
    1. La mise au point de nouveaux modèles expérimentaux de double pathologie (hypertension & maladie d’’Alzheimer).
    2. La caractérisation de la neuropathologie et du dysfonctionnement cérébrovasculaire dans ces modèles, en liaison avec des études comportementales et des analyses électro-physiologiques.
    3. L’Elucidation du rôle de l'angiogenèse (formation de nouveaux vaisseaux) dans la physiopathologie de la maladie d'Alzheimer.
    4. L’analyse de la contribution du système rénine-angiotensine dans le développement de l'angiopathie amyloïde cérébrale, en relation avec la sévérité du déficit cognitif.



  • ARCOLE Etude de l’Adhérence des Revêtements par ChOcs-Laser de durées modulablEs

    Etude de l’Adhérence des Revêtements par ChOcs-Laser de durées modulablEs (ARCOLE)
    Utilisation de chocs laser consécutifs décalés dans le temps pour tester l'adhérence des barrières thermiques (BT) aéronautiques: caractérisation du chargement en pression induit par deux impulsions, et analyse de l'adhérence de BT sur des substrats monocristallins fonctionnalisés.

    Valider et comprendre l'interaction laser-matière à deux impulsions, et appliquer cette nouvelle configuration à la caractérisation de l'adhérence des barrières thermiques.
    Le projet ARCOLE est sous-tendu par les objectifs suivants
    (1) la caractérisation de l'interaction laser-matière en régime de confinement par eau avec deux impulsions laser décalées dans le temps;
    (2) l'application de cette configuration originale et innovante, permettant à priori de localiser le chargement en pression-contrainte au niveau de n'importe quelle interface, grâce au croisement d'ondes de détente, au cas, des systèmes aéronautiques barrières thermiques (BT)- substrat base Nickel monocristallins.
    (3) tester l'influence d'une fonctionnalisation de surface (texturation laser ...) sur l'adhérence des dépôts BT projetés, et comparer les résultats avec des techniques de caractérisation classiques (traction-adhérence)
    (4) Etudier le vieillissement thermo-mécanique des systèmes BT/ substrat, et identifier/ comprendre l'influence l'influence du vieillissement sur les propriétés d'adhérence.
    Différentes approches (expérimentale, numérique) et différents domaines thématiques (physique de l'interaction laser-matière, détonique, projection thermique, propriétés des interfaces ...) sont donc nécessaires pour répondre à ces objectifs.



  • Nicopto Pharmacologie optogénétique pour le contrôle biochimique précis de la neuromodulation cholinergique

    Contrôler les récepteurs nicotiniques du cerveau avec la lumière.
    Le projet Nicopto propose de développer des techniques permettant de contrôler à distance et avec une précision millimétrique des récepteurs neuronaux endogènes chez l’animal. Ces techniques novatrices permettraient, à terme, de réaliser des avancées majeures dans la compréhension du rôle de ces récepteurs dans le traitement de l’information neuronale.

    Implémentation in vivo de techniques de pharmacologie optogénétique.
    L’optogénétique est une technique moderne, qui est en train de révolutionner les neurosciences, en permettant d’activer ou d’inhiber spécifiquement certains neurones à l’aide de la lumière. La grande majorité des développements technologiques en optogénétique sont basés sur l’utilisation de protéines bactériennes, qui permettent d’induire ou d’inhiber optiquement l’activité électrique d’un réseau neuronal. L’approche que nous développons est différente. Au lieu d’introduire des protéines bactériennes photosensibles dans les neurones de souris, nous rendons photosensibles les protéines (récepteurs) qui y sont naturellement présentes. Notre technique, appelée pharmacologie optogénétique, a pour but de contrôler avec une spécificité et une résolution temporelle sans précédant un récepteur particulier, et de comprendre ainsi le rôle de ce récepteur dans une voie neuronale donnée. A terme, l’idée serait de pouvoir induire ou inhiber un comportement chez l’animal, juste en jouant avec la lumière. La pharmacologie optogénétique a principalement été utilisée ex vivo dans des préparations neuronales « simples ». Le but de ce projet est de déployer des stratégies permettant d’utiliser cette technique chez l’animal in vivo, et d’utiliser cette technique afin d’établir un lien causal entre l’activité des récepteurs nicotiniques (lesquels, dans quels neurones ?) et la mise en place de comportements addictifs chez l’animal. Pouvoir contrôler optiquement l’activité de récepteurs naturellement présents dans les neurones a un intérêt retentissant non seulement en neurosciences mais aussi en biotechnologies et en sciences médicales.



  • HARB Auto-assemblage hierarchique de batonnets colloidaux biologiques

    Auto assemblage hierachique de bio- colloides
    Je travaille en physique expérimentale de la matière condensée. J'utilise colloïdes comme blocs de construction pour créer de nouveaux matériaux et attaquer des problèmes liés à l'auto-assemblage. Je compte sur la biologie pour extraire / synthétiser une nouvelle variété de bio-colloïdes. Une combinaison du génie génétique et de chimie me permet de peaufiné leurs propriétés. Je ne peux en particulier le contrôle de leurs géométrie et leurs interaction.

    De nouveuax Colloïdes pour de nouveaux matériaux
    Les biomatériaux ont souvent une hiérarchie structurelle en cascade du microscopique (angstrom-nanometer) au mésoscopique (microns) et macroscopiques (millimètre). Par exemple, à partir de notre propre recherche, nous avons montre qu'aux plus petits echelle de taille chaque virus est assemblé à partir d'un ADN qui est revêtu avec des milliers d'exemplaires de la protéine d'enveloppe principale. Aux échelles de longueurs mésoscopiques, des interactions attractives en raison de polymères non-adsorbantes condense une suspension diluée de virus en membrane colloidale, une monocouche en forme de disque de virus tous alignes selon leur longueur. Lors du mélange, tous les virus rapidement se fondent en une telle structure. Une paire de disques ainsi assemblee va se rencontrer du a l'attraction mutuelle lie aux polymères ce qui se traduit par l'assemblage d'un doublets sous torsion. Sur des échelles de temps plus longue ce processus de coalescence continue et produit des rubans dont la longueur peut atteindre le millimètre.
    Le but de mon projet de recherche est d'abord de concevoir la forme et l'interaction des biopolymère comme colloïdes (FD-virus) en utilisant la biochimie pour ensuite poser des question en physique de la matière condensée, c'est à dire élucider les voies par lesquelles ces cinétiques des particules allongées s'auto-assemblent.
    Je vais relier les propriétés mécaniques et optiques de ces structures macroscopiques aux détails microscopiques des colloïdes constitutifs en utilisant un ensemble de techniques bien adapté à la matière molle, la science des matériaux et de la biologie quantitative en général. Caractérisation des systèmes colloïdaux sur de nombreux longueur des échelles donnera les principes généraux de conception nécessaires à une approche «bottom up» et de l'ingénierie hiérarchique de nouveaux matériaux nano-structurés avec des propriétés structurales et mécaniques prédéfinis,



  • ULTIMATE Transmetteur optique intégré à formats de modulation multi-niveaux

    Réalisation d’un transmetteur photonique 4x100Gb/s ultra compact utilisant les technologies CMOS.
    Les systèmes de transmission optique sont au cœur de l’internet d’aujourd’hui et de demain. Afin de continuer à augmenter le trafic internet tout en gardant un coût raisonnable, l’intégration des technologies photoniques sur une plateforme CMOS (utilisé pour les processeurs) apparait comme une solution extrêmement prometteuse.

    Intégration photonique sur CMOS de laser et modulateur electro-optique
    La majorité des systèmes de transmission optique actuellement déployés fonctionnent au débit de 10Gb/s et utilisent le multiplexage en longueur d’onde (WDM). En 2005, Infinera a introduit des circuits photoniques intégrés (photonic integrated circuits « PIC » ) sur InP et réalisé un dispositif avec 10 canaux à 10Gb/s sur une seule puce. Une alternative prometteuse pour repousser les limites de l’intégration des circuits photoniques sera d’utiliser la plateforme photonique sur silicium. Cette plateforme permettra ultérieurement l’intégration simultanée de l’électronique haut débit avec la photonique sur une même puce.
    ULTIMATE propose de démontrer un transmetteur 4x100Gb/s PIC fondé sur cette technologie, qui intègre 4 transmetteurs à 100Gb/s, c’est à dire 4 lasers accordables, 8 modulateurs QPSK et des amplificateurs optiques à semi-conducteurs. Ce PIC bénéficiera des enseignements hérités de la solution 100Gb/s d’Alcatel Lucent utilisant la modulation PDM QPSK, la première du genre mise sur le marché en 2010, et des travaux pionniers réalisés par les partenaires du consortium sur la plateforme photonique sur silicium.
    Un premier défi technique concerne les sources laser. Par rapport aux premières démonstrations faites par III-V Lab et le CEA dans le projet européen FP7 HELIOS, l’objectif sera d’augmenter la puissance de sortie, de démontrer l’accordabilité sur 30nm et d’obtenir une largeur de raie suffisamment fine pour être compatible avec la détection cohérente.
    Un second défi concerne les modulateurs électro-optiques à haut débit. Par rapport aux premières réalisations obtenues par IEF dans le projet FP7 HELIOS, la bande passante devra être augmentée et la structure sera plus complexe (modulateur QPSK). De plus le modulateur devra être compatible avec des tensions de commande faible (~2x500mV) provenant d’un circuit CMOS. Plusieurs itérations seront nécessaires pour atteindre ces objectifs ambitieux.



  • PATCH Plasticité comportementale et AdapTation du CHevreuil aux modifications du paysage

    Comment le chevreuil a su coloniser et prospérer dans les paysages modifiés par l’homme ?
    Les modifications du paysage, la perte et la fragmentation des habitats naturels constituent l’une des menaces majeures pesant sur la biodiversité à l'échelle de la planète. Il devient crucial et urgent de mieux comprendre comment les populations animales répondent à ces changements environnementaux et persistent ou non dans les environnements modifiés par l’homme.

    Rôle de la plasticité comportementale dans l’adaptation du chevreuil à l’ouverture du paysage.
    Variant avec les exigences d’habitat et la mobilité des espèces, l’impact de la fragmentation des habitats peut être très différent d’une espèce à l’autre. Alors que de nombreuses études ont traité des effets négatifs des modifications du paysage sur la biodiversité, l’influence de la modification du paysage sur les espèces natives qui bénéficient de la fragmentation de l’habitat n'a reçu que très peu d'attention. Pourtant, c’est une question cruciale car beaucoup de ces espèces synanthropiques sont considérées comme des espèces portant préjudice aux activités humaines. Par ailleurs, l’impact des modifications du paysage sur les comportements reste méconnu. Pourtant, la plasticité comportementale joue un rôle clé dans la réponse adaptative des espèces aux changements environnementaux rapides liés aux activités anthropiques, du fait de la grande réactivité et de la grande labilité des comportements comparés aux traits morphologiques ou physiologiques. Le projet PATCH vise donc à expliquer comment la plasticité comportementale a permis à une espèce considérée essentiellement comme forestière, le chevreuil, de coloniser et prospérer dans les paysages transformés par l’homme. En particulier, nous étudions les effets de l’ouverture du paysage sur le comportement social, la reproduction et la dispersion, ainsi que sur la diversité génétique et la démographie des populations.



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