Lieu : Centre Broca
Soutenance en anglais
Fjola Hyseni
IMN
Équipe : Neurosciences computationnelles (Rougier) et Dynamique des Réseaux de l’Apprentissage Procédural (Leblois / Mallet).
Thèse dirigée par Arthur Leblois et Nicolas Rougier
Titre
Dynamique temporelle dans la représentation neuronale des tâches sensorimotrices : étude du réseau de contrôle du chant chez les oiseaux
Résumé
La précision temporelle des mouvements est à la base de nombreuses tâches motrices et actions innées, mais l’origine du contrôle temporel dans les comportements moteurs n’est toujours pas claire. Le système de chant du diamant mandarin s’est révélé être un excellent modèle pour étudier le contrôle temporel et l’activité neuronale séquentielle sur des durées de quelques dizaines à quelques centaines de millisecondes. Comme la parole humaine, le chant des oiseaux repose sur une coordination musculaire précise, le noyau prémoteur, HVC, étant responsable du contrôle du tempo du chant. Les modèles théoriques actuels de HVC reposent sur la chaîne de propagation de synchronie (‘synfire chains’), un modèle de réseau purement feedforward qui peut rendre compte de l’activité séquentielle dans HVC. Cependant, les chaînes de propagation de synchronie ne sont pas robustes au bruit et fonctionnent pour une gamme étroite de poids synaptiques, et nécessitent donc un réglage fin pendant l’apprentissage. A l’inverse, la dynamique d’attracteurs confère aux réseaux des propriétés fonctionnelles robustes qui en font une alternative aux modèles de type « feedforward ». Par conséquent, nous proposons que la dynamique neuronale de la HVC puisse être modélisée à l’aide d’un attracteur en anneau avec un profil de connectivité gaussien étroit, où les connexions récurrentes permettent la formation d’une bosse d’activité qui reste stable à travers une large gamme de poids. Dans le cas d’une connectivité asymétrique, la bosse d’activité se déplace à travers le réseau, générant une activité neuronale séquentielle. Nous montrons que la largeur de la bosse d’activité, et donc la durée de l’activation neuronale transitoire, peut être réduite pour reproduire les brèves bouffées d’activité observées dans les neurones de HVC. En outre, nous reproduisons une expérience de plasticité de la durée des syllabes en implémentant une règle d’apprentissage par renforcement dite ‘de covariance’ dans le réseau. Conformément aux résultats comportementaux, le changement de durée est spécifique à la syllabe cible. Enfin, nous poursuivons nos recherches avec un modèle de réseau Excitateur-Inhibiteur de neurones à potentiels d’action et montrons qu’avec un modèle plus plausible et plus précis sur le plan biologique, nous sommes capables non seulement de reproduire la dynamique neuronale de HVC, mais aussi d’expliquer les modifications de la durée des syllabes observées dans un paradigme d’apprentissage comportemental. Ces résultats sont confrontés aux résultats comportementaux des changements quotidiens de durée chez les oiseaux soumis à un protocole de rétroaction auditive conditionnelle pour modifier de manière adaptative la durée des syllabes.
Mots-clés
Timing, Oiseaux Chanteurs, HVC, Ring Attractor, AdEx
Publications
F. Hyseni, N. Rougier, A. Leblois “Attractor dynamics drive flexible timing in birdsong.” In: International Conference on Artificial Neural Networks. Springer. 2023, pp. 112–123. doi: 10.1007/978-3-031-44198-1_10
F. Hyseni, N. Rougier, A. Leblois “Comparative study of the synfire chain and ring attrac- tor model for timing in the premotor nucleus in male zebra finches.” In: ESANN 2023-European Symposium on Artificial Neural Networks, Computational Intelligence and Machine Learning. 2023, pp. 647–652. doi: 10.14428/esann/2023.ES2023-120
Jury
Mme. Adrienne FAIRHALL: Professeur, University of Washington – Rapporteure
M. Albert COMPTE: Professor, IDIBAPS, Barcelona – Rapporteur
Mme. Daniela VALLENTIN: Chargée de recherche, MPI, Seewiesen – Examinatrice
M. Hervé ROUAULT: Chargé de recherche, Université Aix Marseille – Examinateur
M. Alexander PITTI: Professeur, CY Cergy-Paris Université – Examinateur
M. Arthur LEBLOIS: Chargé de recherche, Université de Bordeaux – Co-directeur de these
M. Nicolas P. ROUGIER: Directeur de recherche, Université de Bordeaux – Directeur de these