The brain and its mysteries

Expérience de stimulation magnétique transcrânienne (TMS), qui intervient de manière précise, spatialement et temporellement, sur l’activité cérébrale. Cette expérience en particulier vise à modifier l’activité du cortex visuel. Le Centre de recherche cerveau et cognition (CerCo) étudie différentes modalités sensorielles et fonctions cognitives associées, ainsi que la mémoire et différents états mentaux. Réalisées chez le singe, l’homme sain, le patient et/ou la machine, ses recherches…

Extraction des principaux réseaux de faisceaux de substance blanche cérébrale chez l'homme à partir d'images d'IRM (imagerie par résonance magnétique) de diffusion. Cette technique d'imagerie biomédicale permet d'étudier in vivo des fibres de substance blanche et donc de réaliser des diagnostics pour diverses pathologies : sclérose en plaques, schizophrénie, troubles de la conscience.

Triple marking of a rat hippocampus neuron, observed using full-field fluorescence imaging. In green, the surface marking of the GluA2 sub-unit of the AMPA-type receptors activated by glutamate. The clathrin, marked in red, enables identification of the endocytic pits that are the receptors’ transport channel to the inside of the cell. The GluA2 internalised sub-unit of the AMPA-type receptors activated by glutamate is marked in blue. A triple co-location of the clathrin, surface and…

Observation under the confocal microscope of mouse retinas expressing optogenetic proteins.

Astrocytes de l’amygdale (immunomarquage, vert ; noyaux en bleu) et récepteurs de l’ocytocine (visualisation de l’ARN, rouge) chez une souris, vus en microscopie en fluorescence. Les cellules gliales, dont les astrocytes font partie, sont des cellules du cerveau. Longtemps considérées comme de simples soutiens aux neurones, elles ont été peu étudiées. On sait maintenant qu'elles collaborent étroitement avec les neurones pour traiter l’information sensorielle et émotionnelle. Les astrocytes en…

Glioblastoma is a brain tumour whose aggressive nature can be attributed to tumour stem cells. These cells, which are responsible for resistance to treatment, have the ability to form neurospheres and can enter neural differentiation pathways under certain culture conditions. Stem cells derived from human glioblastoma, clustered together in a neurosphere, can be seen in the image due to the labelling of the cell nuclei in blue. Through the action of growth factors, they adhere, migrate and…

Astrocyte fluorescent GFP (Green fluorescent protein) dans l’hippocampe du cerveau d'une souris. Le cerveau consomme une grande partie de l’énergie disponible dans notre organisme. Son bon fonctionnement repose sur une étroite coopération entre les neurones et les cellules de leur environnement, en particulier les astrocytes. La phase précoce de la maladie d’Alzheimer est caractérisée par une réduction de ce métabolisme énergétique, mais on ignorait si ce déficit pouvait contribuer directement…

Astrocyte, marquage GFAP (Glial fibrillary acidic protein) en rouge, et son noyau en bleu, dans l’hippocampe du cerveau d'une souris. Le cerveau consomme une grande partie de l’énergie disponible dans notre organisme. Son bon fonctionnement repose sur une étroite coopération entre les neurones et les cellules de leur environnement, en particulier les astrocytes. La phase précoce de la maladie d’Alzheimer est caractérisée par une réduction de ce métabolisme énergétique, mais on ignorait si ce…

ImageJ=1.48v unit=micron

Profil de phase calculé par un algorithme dit de "Gerchberg-Saxton". Les profils de phase produits sont utilisés pour piloter des composants optiques appelés "modulateur spatial de phase" (SLM – Spatial Light Modulator) qui modifient la phase des faisceaux laser. On génère ainsi dynamiquement des hologrammes 3D à l'échelle microscopique. Ceux-ci sont utilisés en microscopie à modulation de front d'onde (microscopie optique) pour des applications d'optogénétiques. Cette technique permet non…

Tractographie de l'imagerie par résonance magnétique de diffusion du cerveau humain vivant. L’IRM de diffusion permet de reconstruire et étudier les connexions cérébrales chez l’être humain vivant. Véritables "autoroutes du cerveau", elles permettent les échanges d’informations entre les régions cérébrales. Elles sont indispensables au fonctionnement cognitif, qui nécessite d’associer le travail de régions distantes pour penser, réfléchir, se souvenir et interagir avec son environnement de…

Profil de phase calculé par un algorithme dit de "Gerchberg-Saxton". Les profils de phase produits sont utilisés pour piloter des composants optiques appelés "modulateur spatial de phase" (SLM – Spatial Light Modulator) qui modifient la phase des faisceaux laser. On génère ainsi dynamiquement des hologrammes 3D à l'échelle microscopique. Ceux-ci sont utilisés en microscopie à modulation de front d'onde (microscopie optique) pour des applications d'optogénétiques. Cette technique permet non…

Participant à une campagne de neurosciences comportementales étudiant les processus cognitifs du geste du lancer franc. Elle se déroule dans le simulateur de lancer Virtushoot, un dispositif de réalité virtuelle reproduisant un terrain de basket où l'on peut manipuler le contexte environnemental du joueur. Pour lancer le ballon, le sportif se repose sur des variables visuelles, par exemple l'angle d'élévation du panier avec lequel il évalue la profondeur. En variant les paramètres comme la…

Participant à une campagne de neurosciences comportementales étudiant les processus cognitifs du geste du lancer franc. Elle se déroule dans le simulateur de lancer Virtushoot, un dispositif de réalité virtuelle reproduisant un terrain de basket où l'on peut manipuler le contexte environnemental du joueur. Le participant est ici opposé à un avatar virtuel pour étudier la manière dont il synchronise ses mouvements avec ceux de l'adversaire et, au besoin, modifie son lancer. L'objectif de cette…

Utilisation d'un "eye-tracker" mobile sous forme de lunettes. Ici, le sujet lit la description d'un objet accroché au mur. Les mouvements oculaires sont suivis par le point vert sur l’écran de smartphone. Ces lunettes oculométriques portatives permettent d'enregistrer l'activité visuelle d'un individu, dans de nombreux environnements. La technique est basée sur une lumière infrarouge émise en direction de l'oeil. Les reflets pupillaires et cornéens engendrés et enregistrés par une caméra…

Mesure de l'activité cérébrale d'un bébé de 6 mois par le biais d'un électro-encéphalogramme. Au contact de sa mère pendant toute la durée de l'expérience et placé dans une pièce faiblement éclairée, l'enfant est soumis à l'écoute de différents "jeux" de phrases prononcés avec différentes intonations. La perception de ces intonations et de la musicalité du langage, est analysée via des capteurs mesurant l'activité électrique et hémodynamique cérébrale de l'enfant. Entre 6 mois et un an, le…

Mesure de l'activité cérébrale d'un bébé de 6 mois par le biais d'un électro-encéphalogramme. Au contact de sa mère pendant toute la durée de l'expérience et placé dans une pièce faiblement éclairée, l'enfant est soumis à l'écoute de différents "jeux" de phrases prononcés avec différentes intonations. La perception de ces intonations et de la musicalité du langage, est analysée via des capteurs mesurant l'activité électrique et hémodynamique cérébrale de l'enfant. Entre 6 mois et un an, le…

Mesure de l'activité cérébrale d'un bébé de 6 mois par le biais d'un électro-encéphalogramme. Au contact de sa mère pendant toute la durée de l'expérience et placé dans une pièce faiblement éclairée, l'enfant est soumis à l'écoute de différents "jeux" de phrases prononcés avec différentes intonations. La perception de ces intonations et de la musicalité du langage est analysée via des capteurs mesurant l'activité électrique et hémodynamique cérébrale de l'enfant. Entre 6 mois et un an, le…

Enfant face à un dispositif du babylab du Centre Neuroscience Intégrative et Cognition (INCC). À travers différentes expériences et dispositifs sur écran, notamment, le babylab se penche sur l'étude du bilinguisme chez les enfants, l’apprentissage des sons, du vocabulaire et de la grammaire de la (des) langue(s) maternelle(s) et plus généralement sur le développement du langage chez les enfants. Bien que les bébés ne soient pas en capacité d'exprimer verbalement ce qu'ils comprennent, le…

Microarchitecture of a three-week-old neuron in culture, observed using fluorescence microscopy. This neuron was taken from a rat embryo hippocampus. The hippocampus is a brain structure involved in learning and memory processes. Two components of the cytoskeleton, microtubules are marked in blue and actin filaments in green. The cytoskeleton is essential for the proper functioning of the neuron. It enables it to acquire and retain its shape, as well as organise the transport of proteins to the…

Participant à une campagne de neurosciences comportementales étudiant les processus cognitifs du geste du lancer franc. Elle se déroule dans le simulateur de lancer Virtushoot, un dispositif de réalité virtuelle reproduisant un terrain de basket où l'on peut manipuler le contexte environnemental du joueur. Pour lancer le ballon, le sportif se repose sur des variables visuelles, par exemple l'angle d'élévation du panier avec lequel il évalue la profondeur. En variant les paramètres comme la…

Projections d’axone dopaminergique de l’aire tegmentale ventrale dans le striatum, deux régions du cerveau. Les neurones sont prolongés par des axones (des fibres nerveuses) qui conduisent le signal électrique vers d’autres cellules et assurent la communication entre elles. On appelle projections d’axone dopaminergique les fibres de projection (un type de fibres nerveuses connectant le cortex cérébral avec d’autres régions du cerveau) qui synthétisent et libèrent le neurotransmetteur dopamine…

Récepteur purinergique P2X4 (marquage vert), sensible à l’adénosine triphosphate (ATP). Cette molécule participe à la communication électrochimique entre les neurones (neuromédiateur). C'est également une molécule de communication entre les cellules gliales et les neurones (gliotransmetteur). Au sein du système nerveux, les messages sont transmis d'un neurone à un autre neurone sous la forme de signaux électriques qui voyagent le long des axones. Les neurones sont séparés entre eux par l…

Functional sub-regions of the frontal lobe of the brain. The frontal lobe constructs and controls our more complex behaviours such as decision-taking, creativity and analogical reasoning, the generation of voluntary behaviours and the organisation of language. In this part of the brain researchers have identified twelve cerebral areas dedicated to different functions, from the simplest, such as motor skills, to the most complex, such as social behaviour. The function of each of these areas…

Neurones pyramidaux des couches corticales supérieures d’un cortex de souris "Brainbow". Cette technique génétique permet de marquer les neurones de manière individuelle, grâce à la combinaison de molécules fluorescentes produisant une centaine d’étiquettes de couleurs différentes. On peut ainsi visualiser les circuits neuronaux en distinguant clairement les neurones adjacents. Ce rendu 3D est obtenu grâce à la microscopie multiphotonique multicouleur sérielle ChroMS.

Architecture de neurones de souris, révélée grâce à une protéine fluorescente de méduse exprimée artificiellement et observée en microscopie confocale (par spinning-disk).

Observation et acquisition d'images de cellules neurales de souris, au microscope à fluorescence. Ces cellules qui composent le tissu nerveux sont de trois types : les neurones, les astrocytes et les oligodendrocytes. Les astrocytes (en rouge) ont été colorés grâce au marqueur GFAP (Glial fibrillary acidic protein). Les noyaux des cellules sont colorés en bleu.

Astrocyte, marquage GFAP (Glial fibrillary acidic protein) en rouge, et son noyau en bleu, dans l’hippocampe du cerveau d'une souris. Le cerveau consomme une grande partie de l’énergie disponible dans notre organisme. Son bon fonctionnement repose sur une étroite coopération entre les neurones et les cellules de leur environnement, en particulier les astrocytes. La phase précoce de la maladie d’Alzheimer est caractérisée par une réduction de ce métabolisme énergétique, mais on ignorait si ce…

Activation motrice lors d'une tâche de frappe digitale (main droite minus main gauche : données relevant spécifiquement de la main droite) chez un participant adulte grâce à l'imagerie optique par proche infrarouge (NIRS) projetée sur un gabarit. En A, la carte topographique. En B, la projection sur la face externe supérieure. En C, la projection sur la face externe de l'hémisphère gauche. En D, la projection sur la face externe de l'hémisphère droit. Les couleurs chaudes (orange-rouge)…

Activation motrice lors d'une tâche de frappe digitale (main gauche minus main droite : données relevant spécifiquement de la main gauche) chez un participant adulte grâce à l'imagerie optique par proche infrarouge (NIRS) projetée sur un gabarit. En A, la carte topographique. En B, la projection sur la face externe supérieure. En C, la projection sur la face externe de l'hémisphère gauche. En D, la projection sur la face externe de l'hémisphère droit. Les couleurs chaudes (orange-rouge)…

Functional sub-regions of the frontal lobe of the brain. The frontal lobe constructs and controls our more complex behaviours such as decision-taking, creativity and analogical reasoning, the generation of voluntary behaviours and the organisation of language. In this part of the brain researchers have identified twelve cerebral areas dedicated to different functions, from the simplest, such as motor skills, to the most complex, such as social behaviour. The function of each of these areas…

Démonstrateur d’interface cerveau-machine Brain Invaders. Inspiré du jeu vidéo Space Invaders, ce programme est piloté exclusivement par "butinage attentionnel" soit par la pensée, sans manette. Doté d'un casque dont les électrodes sont principalement situées au niveau du cortex visuel et central pariétal, le joueur doit se concentrer sur l’objet qui émet des flashs lumineux afin de l'éliminer. Le signal cérébral correspondant à la perception du flash (stimuli) généré dans le jeu est une onde…

Populations neuronales d'un cerveau de drosophile, observées en microscopie confocale à fluorescence. L'ADN est visible en bleu (DAPI), les neurones des corps pédonculés en vert (GFP endogène) et les autres neurones exprimant le marqueur neuronal Fascicline II en rouge (AlexaFluor 546). L'objectif était de localiser les neurones des corps pédonculés qui font partie du circuit olfactif et sont impliqués dans les processus de mémorisation.

Development of the social amoeba Physarum polycephalum, commonly referred to as the "blob". This primitive unicellular organism moves by extending its pseudopodia while contracting its venous system. It can reach a top speed of 4 cm per hour. Its many characteristics include the ability to heal itself in less than two minutes and reorganise its entire venous system in three hours. It can also be cloned if it is cut into 1-mm pieces. Sensitive to light, it grows in damp environments and feeds on…

Développement du myxomycète "Physarum polycephalum", communément appelé blob, face à des nourritures caractérisées par des ratios protéine/sucre différents. Le blob est un organisme unicellulaire, il se développe en milieu humide et se nourrit de bactéries et de champignons qu’il digère grâce à des substances chimiques. Ici, au cours de l'expérience, il dirige son mouvement vers la source la plus riche en protéines (nourriture la plus opaque sur la photo). Parmi ses nombreuses caractéristiques,…

Étude de la navigation visuelle d'une fourmi par Antoine Wystrach, chercheur en neuroéthologie au Centre de recherches sur la cognition animale (CRCA). Le dispositif en arrière-plan permet à une fourmi de naviguer dans des mondes reconstruits en réalité virtuelle. Les mouvements de l’insecte sont retransmis en direct à un ordinateur qui permet en retour de contrôler l’image du monde perçue par la fourmi. Les comportements de navigation visuelle des fourmis sont des exemples remarquables de la…

Observation du comportement de navigation d'une fourmi "Cataglyphis velox", se déplaçant sur une boule flottant sur un coussin d’air, tel un tapis roulant omni-directionel. Son comportement est étudié par Antoine Wystrach, chercheur en neuroéthologie au Centre de recherches sur la cognition animale (CRCA). Les comportements de navigation visuelle des fourmis sont des exemples remarquables de la capacité des mini-cerveaux à produire des comportements sophistiqués, dans des environnements…

Fourmi "Melophorus bagoti" d'Australie. Cette image a été réalisée dans le cadre de recherches sur l'aversion au risque comme stratégie de survie chez deux espèces de fourmis, "Melophorus bagoti" d’Australie et "Cataglyphis fortis" du Sahara. Ces fourmis sont capables, pour éviter les pièges, de changer de trajectoire grâce à un mécanisme d’apprentissage aversif. Elles associent des repères visuels à des expériences négatives, elles mémorisent les traces d’un parcours potentiellement risqué.

Neurobiologie chez l'abeille, imagerie calcique. Sur l'écran en arrière plan : signaux calciques dans le lobe antennaire de l'abeille, Apis mellifera. Dispositif de contention et d'enregistrement des signaux calciques. Un système de stimulation olfactive est couplé au dispositif d'imagerie afin de pouvoir stimuler l'abeille avec des odeurs choisies. Les signaux enregistrés traduisent les variations intracellulaires de calcium dans les structures et réseaux neuronaux impliqués dans l'olfaction…

Bourdons terrestres, "Bombus terrestris", équipés de QR codes butinant un prototype de fleur artificielle connectée, sous une caméra. Ce système a été conçu par le Centre de recherche sur la cognition animale (CRCA) avec des élèves du lycée Julliot de la Morandière à Granville, dans la Manche (projet soutenu par la Fondation Dassault Systèmes). Placé au milieu de fleurs naturelles, il délivre des quantités contrôlées de nectar et de pollen artificiels, enregistre les visites des abeilles et les…

Appetite conditioning device for bees. The test is based on the observation that when their antennae come into contact with a sugary solution, bees react by extending their proboscis (mouthparts specialising in suction). Research scientists initially present a neutral odour together with the sugary solution, causing the bee to form an association. Once this has been learned, the bee will extend its proboscis on detecting the neutral odour alone. The experiment is filmed so that the bees’…

Appetite conditioning device for bees. The test is based on the observation that when their antennae come into contact with a sugary solution, bees react by extending their proboscis (mouthparts specialising in suction). Research scientists initially present a neutral odour together with the sugary solution, causing the bee to form an association. Once this has been learned, the bee will extend its proboscis on detecting the neutral odour alone. The experiment is filmed so that the bees’…

Mouse exploring its environment in an arena designed to test its spatial memory. The test is based on the capacity of mice to remember the location of objects present in the arena. The first stage involves placing the individual in the arena with two identical objects so it can familiarise itself with them and learn their position. A striped visual pattern helps the mouse orient itself in the space. To avoid placing the animal under stress, the test environment does not receive direct light…

Social recognition test on mice. The mouse tested, referred to as the reference mouse, is placed in the middle of a system comprising three chambers linked by doors. A mouse familiar to the reference mouse is placed in a cage in a chamber at one end. Another mouse, not known by the reference mouse, is placed at the other end. A trajectory analysis device quantifies the frequency of interactions between the free mouse and each of the other two mice. The test is performed on mice with Alzheimer’s…

Study of the behaviour of a spider faced with a lure. This device makes it possible to study the influence of cuticular compounds on interactions between spiders, which are generally solitary. These compounds could play a major role in the transition from the social phase of juveniles to the solitary phase of older individuals. Research scientists are trying to identify the fundamental mechanisms that favour the emergence of cooperation between individuals leading to the formation of lasting…

Study of the behaviour of two juvenile spiders during a sociality test. Here, the research scientists are analysing their interactions and measuring the time that the individuals spend aggregated. Spiders are generally solitary, but go through a temporary social period during their juvenile phase, which then ceases during the dispersion phase. Research scientists are trying to identify the fundamental mechanisms that favour the emergence of cooperation between individuals leading to the…

Study of the behaviour of fungus-growing ants, Atta laevigata, in an experimental device reproducing their journeys along trails to the colony. Atta ants, South American ants also known as leafcutter ants, live in symbiosis with the fungus Leucoagaricus gongylophorus, which they feed and feed from in turn. The ants known as "majors" or "soldiers" use their powerful jaws to cut the leaves into pieces, which are then transported by the medium-sized workers. The "minors" follow a chemical trail…

Apprentissage visuel discriminatif chez l'abeille testé en réalité virtuelle. Une abeille est fixée et placée sur un compensateur de locomotion constitué d'une boule en polystyrène posée sur un coussin d'air, ce qui permet à l'abeille de la bouger avec le seul mouvement de ses pattes. Ce système est dit en "closed-loop", cela signifie que chaque mouvement de l'abeille, enregistré grâce à deux capteurs de part et d'autres du compensateur, entraîne un mouvement de l'image à l'écran ; ce qui…

Fruit fly learning or memory test. Preconditioned flies have the option of moving either towards an odour that was delivered with an electric shock during conditioning, on one side, or towards an odour not associated with an electric shock, on the other. The results show that the number of these flies that move towards the second odour (without a shock) is 30-40% higher in comparison to so-called "naive" (unconditioned) fruit flies. Other parameters can also be analysed, such as how social…

Feeding the social amoeba Physarum polycephalum, commonly referred to as the "blob", with rolled oats. This primitive, unicellular organism grows in damp environments and feeds on bacteria and fungi, which it digests using chemical substances. In the laboratory, research scientists feed it with rolled oats. If it is fed correctly, it can double in size each day and grow to measure up to 10 m2. If it dries out, it forms a sclerotium (the overwintering form of fungi) and eliminates accumulated…

Phototaxis aversive conditioning device for bees. This device comprises two compartments illuminated independently by 38 RGB (red, green, blue) LEDs. Bees do not see red light. The experiment makes use of bees’ innate phototaxis (attraction to light). It involves attracting the bee from a red compartment (which is dark for the bee) to a compartment illuminated in blue or green. Video analysis software is used to record the position of the bee over time. When the bee enters the illuminated…

Détail d'un labyrinthe olfactif circulaire. Dans ce dispositif on évalue chez la souris les capacités de mémorisation des odeurs, pour étudier des pathologies qui touchent la mémoire et l'apprentissage.

Souris explorant un milieu enrichi (en stimulations environnementales, sensorielles et sociales). L'élevage de rongeurs dans un milieu enrichi conduit à une amélioration de leurs performances d'apprentissage et de mémoire.

Souris ayant retrouvé l'emplacement de la plateforme immergée. Etude comportementale chez la souris : apprentissage spatial dans la piscine de Morris. Dans ce test, les souris doivent apprendre à trouver une plateforme immergée dans une piscine. Pour cela, elles doivent se constituer une représentation ou une carte de leur environnement afin de localiser précisément cette plate-forme. Il s'agit d'explorer les bases comportementales et cellulaires d'un apprentissage cognitif.

Embryonic cortical neuron from the brain of a rat cultured for nine days, viewed using a fluorescence microscope. The extensions of this neuron are marked in green using the fluorescent protein GFP, with their mitochondria (cell electrical centres) shown in red using the fluorescent protein MitoDsRed. The mitochondria form a more or less interconnected network. Their size varies depending on the neuronal compartment and the physiological and pathological context. For example, in dominant optic…

Embryonic cortical neuron from the brain of a rat cultured for nine days, viewed using a fluorescence microscope. The extensions (dendrites) of this neuron are marked in red using immunofluorescence (detection of the Map2 protein), with their mitochondria (cell electrical centres) shown in green using the fluorescent protein MitoGFP. The mitochondria form a more or less interconnected network. Their size varies depending on the neuronal compartment and the physiological and pathological context…

Neuron expressing actin fused to green fluorescent protein (GFP), in dissociated hippocampal neurons (orange marking) in rats. It reveals actin enrichment in the dendritic spines, these small protrusions that represent the excitatory post-synapses. The phalloidin in blue is a filamentous actin marker in the surrounding neurons. This image was produced by confocal microscopy.

Dendritic tree of a mouse brain hippocampus fluorescent neuron observed using STED microscopy (scanning fluorescence microscopy).

View under confocal microscope of an adult rat Purkinje cell marked selectively by means of a fluorescent molecule, after patch-clamp recording (technique consisting of recording the electrical activity of a microscopic fragment of cell membrane. The cell body (round shape at the bottom of the image) measures approximately 25 microns in diameter and the dendritic tree spans approximately 200 x 200 microns, but it is almost flat. Terminal dendrites, known as thorny twigs, bear numerous dendritic…

Neurones d'hippocampe de rat en culture, exprimant une protéine fluorescente de la densité post-synaptique. Le blanc représente les zones d'intensité les plus fortes.