Neuro2Co, projet de recherches en sciences participatives

Publié par Centre Inra Val de Loire, le 20 avril 2018   530

Xl 3vuest1

Le projet Neuro2Co, initié en septembre 2017, vise à tester l'hypothèse selon laquelle l'organisation des connexions cérébrales, le connectome, rend compte des stratégies d'adaptation comportementale des différentes espèces animales. Cette hypothèse repose sur les données de la littérature et celles rapportées par les travaux de l’unité mixte de recherche (Inra, CNRS, IFCE, Université de Tours) Physiologie de la reproduction et des comportements (PRC). Pour tester une telle hypothèse, il est indispensable de disposer de modèles animaux pertinents, dont on sait que les stratégies d'adaptation diffèrent, et d'une méthode de mesure des connectomes robuste et identique entre les espèces. 

Le projet Neuro2Co répond à ces deux exigences en proposant (1) des modèles originaux issus de sélection génétique (cailles), avec un vécu spécifique (ovin) ou de la faune sauvage, et (2) l'utilisation de l’imagerie par résonance magnétique (IRM) à haut et très haut champ et d'un logiciel NeuroBrainSeg (conçu lors du projet régional NeuroGéo) adapté à différents modèles et utilisable par des non experts. Cette particularité permet au projet Neuro2Co d'initier une démarche en sciences participatives en partenariat avec la communauté de communes du Castelrenaudais, et plus particulièrement le collège André Bauchant. En septembre 2017, sous l’impulsion du projet Neuro2Co, trois enseignants en sciences (technologie, SVT, physique-chimie) ont proposé la création d’un atelier scientifique hebdomadaire, l’atelier Ciboulot, qui rassemble des élèves de la 5ème à la 3ème.


©Atelier Ciboulot, Collège André Bauchant Château-Renault

Sur toute la durée du projet Neuro2Co, les élèves de l’atelier Ciboulot participeront à des actions de médiation scientifique (interventions de chercheurs, visites de laboratoire…), et joueront un rôle dans l'analyse et l'interprétation des connectomes.

Outre les résultats scientifiques, les partenaires du projet Neuro2Co ont l'ambition de valoriser les outils pédagogiques développés au cours du projet   et ont à cœur de communiquer sur la démarche originale qu’ils mettent en œuvre sous forme de formations destinées aux enseignants.

Contexte et objectifs scientifiques 

L'équipe Comportement, neurobiologie, adaptation (Inra-PRC) a mis en évidence le rôle de différents acteurs neurobiologiques dans l'expression des comportements socio-émotionnels et leurs mises en place chez différents modèles animaux (caille, poussin, ovin). Ces travaux contribuent à la description des circuits neuronaux des émotions, du comportement maternel et des comportements d'attachement. Toutes les données acquises associées à celles rapportées dans la littérature suggèrent que l'organisation des connexions cérébrales, autrement dit celle des circuits neuronaux des comportements socio-émotionnels, rend compte des stratégies d'adaptation comportementale.

Pour tester une telle hypothèse, deux conditions sont nécessaires :

  • disposer de modèles animaux pertinents qui divergent dans leurs stratégies comportementales
  • utiliser les mêmes méthodes pour décrire et comparer l'organisation des connexions entre les différents modèles animaux.

Le projet Neuro2Co propose donc de décrire les connexions cérébrales (connectome) de cailles issues des lignées à réactivité émotive forte et faible, d'agneaux ayant un vécu différent, et d'animaux issus de la faune sauvage grâce au partenariat avec le Zooparc de Beauval à Saint-Aignan (Loir-et-Cher). Afin de répondre à la seconde condition, les connectomes seront extraits d'images acquises par imagerie pondérée en diffusion selon des paramètres d'acquisition similaires pour les pièces anatomiques ex vivo (partenariat avec le département de recherche en neuroimagerie et neurosciences Neurospin de l’Institut des Sciences du Vivant Frédéric Joliot du Commissariat à l’Energie Atomique) et in vivo (plateforme Cire-Inra). L'ensemble de ces images fera l'objet d'un traitement et d'une analyse afin d'extraire le connectome de chaque animal avec l'application Connectomist (CEA-Neurospin) après segmentation et étiquetage des régions anatomiques d'intérêt avec l'application NeuroBrainSeg développée dans le projet NeuroGéo (LIFAT : Laboratoire d'Informatique Fondamentale et Appliquée de Tours (EA 6300 - Université de Tours). Cette application présente l'originalité d'être adaptable à des encéphales d'espèces animales différentes et d'être utilisable par des non-experts en traitement d'image et/ou en neuroanatomie.

Dans le cas particulier des animaux d’élevage, il sera même envisageable de reconstruire des atlas de la connectivité anatomique des différentes espèces étudiées à partir des connectomes individuels extraits pour chaque individu.

Pourquoi une démarche de recherche en sciences participatives ?

  Pour établir les connectomes à partir d’images IRM, il est indispensable de segmenter les structures cérébrales, en d’autres termes de les délimiter comme indiqué ci-dessous :

© Inra . Elodie Chaillou

Le résultat de cette segmentation dépend beaucoup du niveau de connaissance de la personne qui réalise la délimitation. Par exemple, un expert en neuroanatomie « recherchera » sur une image IRM les mêmes délimitations que sur une image histologique ; alors qu’une personne non experte dessinera les délimitations qu’elle voit sans a priori. C’est un peu comme les illusions d’optique !


©Edgar John Rubin

Par exemple, si vous demandez à un groupe de personnes de décrire ce qu’ils voient sur cette image, beaucoup répondront un vase. Quelques-unes répondront qu’elles voient aussi deux visages. En revanche, une fois que les visages auront été identifiés, tout le monde verra un vase et deux visages ! Tout est question d’expérience !

C’est pour cette raison, que nous avons souhaité aborder notre question de recherche en étant aidés par des personnes au regard non expert et le plus objectif possible.

Par ailleurs, soucieux de transmettre nos connaissances et nos résultats au grand public, la démarche en sciences participatives du projet Neuro2Co est organisée autour :

  • d’actions de médiation scientifique avec des mises en pratique d’observations, d’expériences avec les partenaires du projet,
  • d’observation et d’analyse des images anatomiques d’encéphale obtenues par IRM,
  • de formations destinées aux enseignants.

Des finalités multiples :

Le projet souhaite :

  • apporter des connaissances sur les mécanismes neurobiologiques du comportement des animaux et participer ainsi à la question du statut des animaux;
  • initier une démarche en sciences participatives adaptée aux enseignements dispensés au collège en s'appuyant sur un large panel de compétences (neuroscience, informatique, communication, image...).

Partenaires du projet :

Pour atteindre ses objectifs et finalités, le projet Neuro2Co réunit des partenaires académiques et non académiques aux compétences complémentaires en lien avec les différentes missions du projet. Ainsi, nous nous appuyons sur les compétences de Centre-Sciences, Centre de culture scientifique de la région Centre-Val de Loire, pour bâtir et mettre en œuvre cette démarche avec les collégiens et les scientifiques du projet. A ces fins, la communauté de communes du Castelrenaudais, partenaire du projet, met à disposition des infrastructures (cinéma Balzac, radio : Génération FM…). Enfin, il s’agira de valoriser le travail réalisé en amont pour mettre en œuvre cette démarche de sciences participatives d'une part, et d'intégrer les différents acteurs sous forme de retour d'expérience d’autre part. En particulier, le projet Neuro2Co ambitionne la création d'une formation destinée aux enseignants et aux chercheurs souhaitant s'engager dans une démarche de sciences participatives avec la Maison pour la science en Centre-Val de Loire. Ce projet de recherche d’intérêt régional est financé par le Conseil régional Centre-Val de Loire.

Acquisition des images anatomiques et création des connectomes :

UMR PRC (Inra, CNRS, université de Tours, IFCE) (coordinateur du projet)

Neurospin Institut des Sciences du Vivant Frédéric Joliot-CEA

l'Unité Inserm U1253 « imagerie et cerveau » (iBrain)

Analyse et post-traitement d’images :

LIFAT : Laboratoire d'Informatique Fondamentale et Appliquée de Tours (EA 6300 - Université de Tours)

Collège André Bauchant de Château-Renault.

Connaissances et observations comportementales

UMR PRC (Inra, CNRS, université de Tours, IFCE) (coordinateur du projet)

ZooParc de Beauval

Actions de médiation scientifique

Centre-Sciences

Beauval Nature

la Communauté de communes du Castelrenaudais

et la participation de tous les partenaires

Actions de formations

La maison pour la science en Centre-Val de Loire

et la participation de tous les partenaires.

Photo de titre en noir et blanc :
Plans sagittal, horizontal et frontal d’une IRM anatomique d’une tête de brebis adulte (IRM-T1w : imagerie par résonance magnétique pondérée en T1). Crédits photos : Cire et Elodie Chaillou

Pour en savoir plus :

Des articles sont publiés au fur et à mesure de l’avancée du projet sur le site Echosciences Centre-Val de Loire