Simulation des effets de la stimulation électrique directe cérébrale à partir de modèles biophysiques d’axones

Le centre Inria d'Université Côte d'Azur regroupe 42 équipes de recherche et 9 services d’appui. Le personnel du centre (500 personnes environ) est composé de scientifiques de différentes nationalités, d’ingénieurs, de techniciens et d’administratifs. Les équipes sont principalement implantées sur les campus universitaires de Sophia Antipolis et Nice ainsi que Montpellier, en lien étroit avec les laboratoires et les établissements de recherche et d'enseignement supérieur (Université Côte d’Azur, CNRS, INRAE, INSERM ...), mais aussi avec les acteurs économiques du territoire.

Présent dans les domaines des neurosciences et biologie computationnelles, la science des données et la modélisation, le génie logiciel et la certification, ainsi que la robotique collaborative, le Centre Inria d’Université Côte d’Azur est un acteur majeur en termes d'excellence scientifique par les résultats obtenus et les collaborations tant au niveau européen qu'international.

L'objectif est de simuler les effets de la stimulation électrique appliquée au cortex, pour différents paramètres, en utilisant des modèles d’axones basés sur la résolution d’équations différentielles ordinaires. Plus précisément, l’objectif est de documenter un code déjà réalisé sous Matlab® pour le rendre accessible aux membres du laboratoire, de réaliser des mesures expérimentales complémentaires permettant de vérifier les simulations du modèle et de rédiger un article pour le soumettre

 La stimulation électrique directe (SED) cérébrale permet non seulement de cartographier les sites fonctionnels lors de son utilisation chez un patient éveillé pendant une chirurgie du cerveau, mais aussi d’identifier la connectivité anatomique par la mesure de potentiels évoqués recueillis par électrocorticographie. Les effets des paramètres de la SED (intensité et polarité du courant de stimulation, distance entre les pôles et leur orientation par rapport aux fibres) sur l’étendue spatiale de la zone activée sont encore largement méconnus. La connaissance de la topographie de cette zone activée est pourtant un élément essentiel pour l’interprétation de la cartographie fonctionnelle. Nous proposons donc d’utiliser des simulations numériques pour répondre à ces questions, puis de vérifier certains résultats par des mesures expérimentales réalisées au bloc opératoire. Notre méthode de simulation comprend deux étapes. 1. Modélisation du volume conducteur cérébral : détermination du champ de potentiel créé par les électrodes de stimulation. 2. Modélisation des tissus nerveux excitables (axones ou neurones) : détermination de l’excitation neurale induite par ce champ de potentiel. La première contribution a été d’identifier l'influence des paramètres de la SED sur l'activation d'un faisceau de substance blanche. Un paramètre souvent modifié lors de la SED est l'intensité de la stimulation.

Dans une dernière étape, nous avons ensuite voulu modéliser l’influence des paramètres de la SED dans trois blocs opératoires différents (Montpellier, Paris, Kobe) sur le recrutement des neurones pyramidaux placés dans la dernière couche d’un gyrus du cortex. Pour cela, nous avons développé un modèle combinant un corps cellulaire (dendrite simplifié, soma, segment initial) et un axone afin de construire des neurones pyramidaux simplifiés pour observer l’aire d’excitation générée dans la dernière couche d’un gyrus en fonction des stimulation utilisés dans les trois blocs. Cela permettrait de corréler certaines différences observées dans les potentiels évoqués en ECoG pour ces différentes modalités de stimulation. Ce type de modélisation suggère des effets largement contre-intuitifs et oriente les vérifications expérimentales.

 Durant son séjour, l'ingénieur devra :

• Documenter précisément le code développé sous Matlab® pour le rendre facile d’usage
• Traiter des mesures électrophysiologiques réalisées au bloc opératoire de neurochirurgie pour vérifier les prédictions des simulations réalisées en fonction de la variation de différents paramètres de SED
• Rédiger et soumettre un 3^ème article issu de sa thèse

Compétences techniques et niveau requis : programmation sous Matlab(R) ++, connaissances du traitement de signal des données électrophysiologiques et en particulier des potentiels évoqués par la stimulation électrique, connaissances des systèmes de mesures des potentiels évoqués.

Compétences relationnelles : goût pour les interactions dans une équipe pluri-disciplinaire

• Restauration subventionnée
• Transports publics remboursés partiellement
• Congés: 7 semaines de congés annuels + 10 jours de RTT (base temps plein) + possibilité d'autorisations d'absence exceptionnelle (ex : enfants malades, déménagement)
• Possibilité de télétravail (après 6 mois d'ancienneté) et aménagement du temps de travail
• Équipements professionnels à disposition (visioconférence, prêts de matériels informatiques, etc.)
• Prestations sociales, culturelles et sportives (Association de gestion des œuvres sociales d'Inria)
• Accès à la formation professionnelle
• Participation mutuelle (sous conditions)

A partir de 2692 € brut mensuel (selon diplôme et expérience)