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La perception sensorielle en neuroscience des systèmes

Séminaire organisé par Lisa Roux du 2 au 7 Juin 2025.

Participants

Brice BATHELLIER (Institut de l’Audition – Paris, France), Renata BATISTA-BRITO (Albert Einstein College of Medicine – New-York, Etats-Unis), Célian BIMBARD (UCL – London, UK), Michael BRECHT (Humboldt University Berlin – Berlin, Allemagne), Mario CARTA (IINS – Bordeaux, France), Jan CLEMENS (Carl von Ossietzky University Oldenburg – Göttingen, Allemagne), Mathew DIAMOND (SENSEx – Sissa, Italie), Marcel KEHL (University of Oxford – Oxford, UK), Kishore KUCHIBHOTLA (Johns Hopkins University – Baltimore, Etats-Unis), Camille MAZO (IINS – Bordeaux, France), Pierre-Olivier POLACK (Rutgers University – Newark, Etats-Unis), James POULET (Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin – Berlin, Allemagne), Nathalie ROCHEFORT (University of Edinburgh – Edinburgh, UK), Lisa ROUX (IINS – Bordeaux, France), Carl SCHOONOVER (Allen Institute for Neural Dynamics – Seattle, Etats-Unis, en visioconférence), Yuta SENZAI (Northwestern University – Chicago, Etats-Unis), Hanne STENSOLA (University of Agder – Kristiansand, Norvège), Tor STENSOLA (University of Agder – Kristiansand, Norvège), Daniela VALLENTIN (Max Planck – Münich, Allemagne), Roberto VINCIS (Florida State University – États-Unis).

Résumé

Une question centrale en neuroscience consiste à comprendre comment les stimuli sensoriels sont traités et influencent les comportements qui en découlent. Les circuits neuronaux dits « sensoriels » ont pendant longtemps été étudiés de manière isolée, comme de simple relais jouant un rôle de traducteurs des propriétés du monde extérieur vers un langage neuronal via un processus majoritairement unidirectionnel. Cette vision simplifiée des systèmes sensoriels a depuis peu été revisitée : il est clair à ce jour qu’ils supportent des fonctions hautement complexes de par leurs communications avec d’autres aires cérébrales, grâce à leur plasticité et leur contribution à la formation d’une représentation interne (ou cognitive) du monde extérieur. Le but de ce séminaire a été de partager idées et connaissances sur les concepts émergents issus de la physiologie sensorielle et d’examiner comment ce champ de recherche peut bénéficier d’une approche systémique interdisciplinaire. La rencontre de spécialistes de différentes modalités sensorielles (vision, olfaction, audition, touché, goût) a offert une occasion unique de discuter des spécificités de chacune de ces modalités, mais aussi d’extraire des principes généraux sur ce que signifie « sentir » au sens neuronal.

Summary

Systems neuroscience of sensory percepts : how sensory stimuli are detected and processed by the organism to ultimately drive behavior is a central question in neuroscience. While sensory systems have long been studied in isolation, as “entry points” for external information into brain circuits relaying stimulus features in a feed-forward manner, accumulating evidence indicates that they instead support complex computational operations as they are engaged into broader networks, as they undergo plastic changes and build internal representations of the external world. The goal of this workshop was to share ideas about the current state of sensory physiology and how it can benefit from a systems-level and interdisciplinary approach. By gathering specialists of different sensory modalities (vision, olfaction, audition, somato-sensation, gustation etc), it offered a unique opportunity to discuss what makes each sensory modality unique but also to extract general principles about sensory processing.

 

Compte rendu

En quête de principes généraux

La survie d’un individu dépend en grande partie de sa capacité à percevoir les variables physiques du monde qui l’entoure, à interpréter ces stimuli et à mémoriser pour, in fine, produire les comportements adaptatifs nécessaires à la survie. Ainsi, le défi auquel le cerveau fait face est similaire quelle que soit la modalité sensorielle considérée : celui de transformer les signaux du monde physique en une série de réactions neuronales qui mènent, à plus ou moins long terme, à l’expression de comportements spécifiques. Etant donné l’existence de ce défi commun, il semble plausible que certains mécanismes de fonctionnement des réseaux neuronaux aient émergé de manière similaire au cours de l’évolution dans différents systèmes sensoriels et différents types d’organismes.
Cette hypothèse est à l’origine de l’organisation de ce séminaire qui a réuni des neuroscientifiques spécialistes de la vision, de l’audition, du toucher, de l’olfaction, de la gustation, tous s’intéressant à des modèles variés, de l’homme à la souris, en passant par l’oiseau chanteur, la drosophile ou encore l’éléphant. La constitution du groupe a été guidée par une volonté de trouver un équilibre entre diversité des modèles d’étude et le partage d’un intérêt commun pour la compréhension du rôle des systèmes sensoriels au niveau intégré. Cet équilibre a permis de discuter librement des recherches en cours, des concepts émergents, et a offert une rare opportunité de réfléchir collectivement aux principes généraux qui potentiellement régissent l’organisation et la fonction des réseaux neuronaux mis en jeu dans la perception sensorielle.

Organisation de la rencontre

La rencontre a débuté avec une série de présentations succinctes des différents systèmes sensoriels représentés sur le plan anatomique et fonctionnel. Cette séance a permis de s’assurer que l’ensemble de membres présents, malgré la diversité des spécialités, dispose des éléments de base pour mieux appréhender les présentations suivantes lors du séminaire. Le groupe avait également identifié au préalable des sujets « transverses » (pertinents quel que soit la modalité sensorielle considérée) qui ont ensuite pu être discutés collectivement lors de séances dédiées. Chaque intervenant a par ailleurs eu l’occasion de présenter et discuter des résultats nouveaux (souvent non publiés) issus de son laboratoire.

Représentation des propriétés physiques des stimuli sensoriels

Un groupe de travaux présentés s’est intéressé à la représentation neuronale des stimuli sensoriels avec une approche expérimentale de type « bio-physique » très précise dans le contrôle des stimuli présentés, et mettant en œuvre des méthodes d’acquisition de données neuronales à large échelle. Brice Bathellier a étudié cette question dans les différents relais cérébraux qui constituent le système auditif de la périphérie sensorielle aux aires corticales. James Poulet et Mario Carta se sont intéressés à la perception de la température dont les bases neuronales ont encore été très peu décrites. Roberto Vincis et Mario Carta ont également présenté des données originales sur les réponses neuronales du cortex insulaire au stimuli gustatifs, mettant en évidence ses propriétés d’intégration multi-sensorielle. Hanne Stensola a soulevé la question de la latéralité dans le système olfactif, et dans le cerveau en général. Enfin, Nathalie Rochefort et Brice Bathellier ont discuté et montré des exemples d’applications de l’intelligence artificielle pour leurs domaines d’étude et la compréhension des mécanismes neuronaux sous-jacents.

Effets de l’expérience et de l’apprentissage

Les zones corticales sensorielles ne relaient pas uniquement les stimuli physiques perçus par les organes des sens : elles s’avèrent être étonnamment plastiques et leur fonction est constamment remaniée par les apprentissages ou l’exposition à des stimuli répétés. Ainsi, Carl Schoonover (dans le cortex olfactif) et Pierre-Olivier Polack (dans le système visuel) ont montré comment l’expérience et l’apprentissage modifient les réponses neuronales aux stimuli ainsi que la connectivité au sein des réseaux neuronaux. Kishore Kuchibothla a également décrit l’existence, au sein du cortex auditif, de populations neuronales prédictives de certaines composantes de la tâche comportementale étudiée et indépendantes des stimuli sensoriels présentés, démontrant l’importance de ce cortex dans les phases d’apprentissage. Célian Bimbard a, quant à lui, souligné l’existence de patrons d’activité intrinsèques et relativement invariants dans le cortex visuel, déjà observables en absence de stimuli visuels spécifiques. Il a également mis en évidence l’influence des mouvements de l’animal sur l’activité des populations neuronales enregistrées, soulignant la nécessité de prendre aussi en compte les variables comportementales lors des études sur la physiologie sensorielle.

Systèmes sensoriels pendant le sommeil

L’ensemble de ces travaux indiquent que l’activité des cortex sensoriels ne se limite pas à de simples réponses aux stimuli présentés. Ceci est également le cas pendant le sommeil, un état où le cerveau généralement considéré comme déconnecté du monde extérieur : les neurones y sont en effet loin d’être au repos. Renata Batista-Brito s’est intéressée au lien entre les transitions sommeil/éveil et l’activité d’une sous-population de neurones dans le cortex visuel. Lisa Roux a mis en évidence un phénomène de réactivations neuronales dans le cortex olfactif pendant le sommeil qui pourrait contribuer à la consolidation mnésique. Yuta Senzai s’est lui intéressé à l’activité des neurones dits « de direction de la tête » pendant le sommeil paradoxal et a montré que ces derniers représentent la direction visée par les yeux de la souris lors de cet état de sommeil dont l’une des signatures sont les mouvements oculaires.

Systèmes sensoriels et boucles sensori-motrices

Comme indiqué ci-dessus, la perception des stimuli sensoriels a généralement des conséquences sur le plan comportemental qui peuvent être cruciales pour la survie de l’individu. Daniela Vallentin et Jan Clemens ont tous deux montré des résultats en lien avec l’implication des systèmes sensoriels auditifs dans des boucles sensori-motrices. Ces dernières jouent un rôle central pour l’apprentissage du chant chez les jeunes oiseaux Zebra Finch mais aussi pour les comportements sociaux (ex : reproduction) chez les oiseaux de type Nightingales ou chez la drosophile. Mathew Diamond a également abordé la notion de boucles sensori-motrices en modélisant la réponse comportementale de rats suite à la présentation de stimuli tactiles à l’échelle de l’essai individuel.

Cortex sensoriels comme « outils » de prédiction

Enfin, les travaux présentés par Tor Stensola et Marcel Kehl dans le cortex olfactif, de Camille Mazo et Mathew Diamond dans le cortex des vibrisses ont illustré le concept émergent selon lequel les cortex sensoriels sont forment, via l’expérience, des modèles cognitifs du monde environnant. Ils deviennent ainsi des outils de prédiction quant aux associations et aux dynamiques du monde réel, outils constamment mis à l’épreuve et mis à jour en fonction du vécu. Ainsi, les systèmes sensoriels sont au cœur de la perception en la rendant fondamentalement indissociable de la mémoire.


OpenEdition vous propose de citer ce billet de la manière suivante :
ldiebold (17 mars 2026). La perception sensorielle en neuroscience des systèmes. Les carnets de la Fondation des Treilles. Consulté le 23 avril 2026 à l’adresse https://doi.org/10.58079/15vzp