Arvind Kumar
Biographie - Arvind Kumar
Institut royal de technologie (KTH), Stockholm, Suède & Fellow USIAS, Institut des neurosciences cellulaires et intégratives (INCI) - UPR 3212, université de Strasbourg et CNRS, France
Arvind Kumar est professeur associé de neurosciences computationnelles à l’Institut royal de technologie (KTH) de Stockholm (Suède). Il travaille à comprendre les propriétés dynamiques et le traitement de l’information dans les réseaux neuronaux biologiques. Plus particulièrement, son groupe de recherche étudie les conséquences fonctionnelles et dynamiques de la diversité neuronale, notamment comment l’interaction entre la connectivité dans les réseaux et leur dynamique affecte l’échange d'informations dans le cerveau. Ses travaux ont apporté un cadre théorique solide permettant de comprendre la communication entre les zones du cerveau (voir par ex. Kumar et al. 2010, Nature Reviews Neuroscience ; Hahn et al. 2019, Nature Reviews Neuroscience). En outre, il développe des modèles computationnels de troubles cérébraux et utilise la théorie des systèmes de contrôle afin de développer des outils de contrôle des dynamiques neurales à l’aide de méthodes de stimulation cérébrale.
Arvind Kumar a étudié l'ingénierie électrique et électronique et obtenu un master en ingénierie au Birla Institute of Technology and Science (Pilani, Inde). En 2001, il a assisté à la RIKEN Brain Science Summer School et décidé de changer de domaine de recherche pour se diriger vers les neurosciences computationnelles. Cinq années plus tard, il a obtenu un doctorat en neurosciences computationnelles sous la supervision d’Ad Aertsen et de Stefan Rotter à l’université de Fribourg-en-Brisgau (Allemagne). Il a ensuite intégré l'université Brown (Providence, États-Unis) pour y travailler avec le professeur Mayank Mehta. Il est ensuite retourné au Bernstein Center de l’université de Fribourg-en-Brisgau en tant que chef d’équipe en 2009, avant d’intégrer l’Institut royal de technologie (KTH) de Stockholm en 2015.
Arvind Kumar consacre ses loisirs à pratiquer le cricket, ou à analyser des données en relation avec ce dernier.
Lors de son séjour à Strasbourg, Arvind Kumar sera accueilli par le Dr. Philippe Isope au sein de l’Institut des neurosciences cellulaires et intégratives (INCI).
Projet - Implications fonctionnelles de la connectivité bidirectionnelle entre le cervelet et les ganglions de la base
01/09/2022 – 31/08/2026
La précision des mouvements est essentielle à la survie de tous les animaux. Même le plus simple des mouvements volontaires met en jeu de nombreuses régions cérébrales. Dans le cortex moteur, des réseaux initient et génèrent des processus d’activité afin de contrôler les muscles. Toutefois, cela ne suffit pas. Nous devons également décider de nos actions en évaluant attentivement la valeur de chacune d’elle. Cette tâche est effectuée par les ganglions de la base. En outre, nous avons besoin du cervelet pour affiner les commandes de mouvements afin de parvenir à un contrôle moteur fin. Au vu de l’importance des ganglions de la base et du cervelet dans le contrôle moteur, il n’est pas étonnant que des dysfonctions de l’un et/ou des autres sous-tendent plusieurs troubles moteurs invalidants comme la maladie de Parkinson ou de Huntington, des ataxies ou des dystonies. Les ganglions de la base et le cervelet sont connectés de manière bidirectionnelle. Étrangement, des symptômes moteurs peuvent parfois être soulagés en coupant les connexions entre les ganglions de la base et le cervelet, ou en stimulant ce dernier. Toutefois, nous ne comprenons que très partiellement le rôle fonctionnel des projections bidirectionnelles entre le cervelet et les ganglions de la base, dans les conditions normales ou pathologiques.
Au cours de ce projet, nous comblerons cette lacune en associant modèles computationnels, apprentissage automatique et expérimentations animales. Dans une première étape, nous utiliserons des outils d’apprentissage automatique afin d'identifier divers types de comportements neuronaux dans le cervelet et les ganglions de la base, à partir de données expérimentales déjà disponibles. Ensuite, et pour la première fois, nous enregistrerons simultanément l’activité des neurones striés et des neurones de Purkinje lors d’une tâche d’apprentissage d’habileté motrice, et quantifierons les interactions entre le cervelet et les ganglions de la base au cours de l’apprentissage et de l’exécution de la tâche. Ces données uniques seront également utilisées afin de développer un modèle computationnel du réseau cervelet-ganglions de la base. À l’aide de modèles computationnels, nous testerons dans quelles conditions les connexions entre le cervelet et les ganglions de la base peuvent faciliter l’apprentissage par renforcement et la prise de décision. Enfin, nous adapterons le modèle afin de reproduire une dystonie - une affection associée à des mouvements incontrôlés - afin d’étudier quand et comment la stimulation du cervelet ou des ganglions de la base peut soulager les symptômes de la maladie. Par conséquent, les résultats de ce projet seront pertinents non seulement pour les neurosciences, mais également pour l’apprentissage automatique et la médecine clinique.
Biographie doctorant - Rajat Chandra Mishra
Institut des neurosciences cellulaires et intégratives (INCI) - UPR 3212, université de Strasbourg et CNRS, France
Rajat Chandra Mishra a étudié la physique à l’université de Delhi (Inde), avant de rejoindre le groupe du professeur Johannes Berg au sein de la Bonn-Cologne Graduate School of Physics and Astronomy (Allemagne) pour y réaliser son master. Il s’y est spécialisé dans la physique statistique, et a utilisé la modélisation inverse afin d’étudier la non-localité de Bell dans le cadre de son mémoire. Au cours de cette période, il a découvert des articles de neurosciences computationnelles sur la modélisation de l’activité neuronale. Ceux-ci ont éveillé son intérêt pour les neurosciences, qui s’est encore développé grâce à quelques cours.
Par la suite, il a décidé de passer de la physique statistique aux neurosciences théoriques et a rejoint le groupe de neuroanatomie théorique du professeur Sacha van Albada au Forschungszentrum Jülich (Allemagne), où il a étudié l’organisation spatiale dans le cortex moteur.
Rajat Chandra Mishra a aujourd’hui entamé son doctorat en neurosciences computationnelles à l’INCI, sous la supervision des professeurs Arvind Kumar et Philippe Isope. Dans le cadre de son projet, il travaillera à comprendre le rôle des interactions entre le cervelet et les ganglions de la base dans le contrôle de la motricité.
