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Séminaire Vision algorithmique et biologique

Organisé par : Romain Brette (ENS) et Olivier Faugeras (INRIA)

L’équipe de recherche Odyssée est un projet commun à l’INRIA, l’Ecole Normale Supérieure de Paris et l’Ecole Nationale des Ponts et Chaussées (Laboratoire CERTIS). Elle est localisée à Sophia-Antipolis, à la rue d’Ulm à Paris et à Champs-sur-Marne aux environs de Paris.
Le thème scientifique du projet est l’étude conjointe de la vision algorithmique et de la vision biologique. Nous pensons qu’une meilleure connaissance des mécanismes de perception visuelle humaine et animale pourrait avoir un impact sur la conception d’algorithmes, sur l’évaluation des performances, sur la façon d’interfacer un système de vision artificielle avec des personnes, éventuellement handicapées.
De manière plus générale et à un autre niveau, la perception visuelle biologique, notamment des singes et de l’homme, est mal connue et modélisée. Faire progresser cette connaissance est un grand défi scientifique et philosophique qui constitue la toile de fond de notre projet.

Ressources en ligne

  • Modèles de réseaux par la géométrie aléatoire et les processus ponctuels (le 4 janvier 2006) — François Bacelli
    Le but de cet exposé est de passer en revue à travers des exemples, certains des modèles fondamentaux de la géométrie aléatoire utiles pour l’analyse des grands réseaux: les processus de couverture, notamment le modèle booléen, les mosaiques de Voronoi, ainsi que les graphes aléatoires associés à ces objets comme les graphes de Delaunay, les graphes de connectivité et les arbres couvrants. Ces modèles sont fondés sur des processus ponctuels dans l~espace, parmi lesquels les plus couramment utilisés sont les processus de Poisson, les processus de Gibbs et les processus de Hawkes. Quelques outils de calcul seront présentés, notamment le calcul de Palm.
  • Plasticité chez l’homme sain et cérébro-lésé etudiée avec l’imagerie (le 26 janvier 2006) — Richard Frackowiak
    Imaging neuroscience describes the functional organization of human brain at the level of large neuronal groupings, networks and systems. A systems level of description addresses how integrated brain functions are embodied in the physical structure of the brain. Magnetic resonance imaging (MRI) is now the modality of choice in structural and functional imaging neuroscience. The analysis of structural and functional brain images can nowadays be carried out automatically using statistical parametric mapping (SPM). The resultant ability to perform clinical-functional-anatomical correlative studies in life with complete objectivity and unparalleled sensitivity is providing powerful new opportunities for the study of brain pathology and plasticity. One of the most exciting and dramatic observations to come from human brain mapping with a wide range of structural and functional techniques is the dynamic plasticity of function in the brains of patients with strokes. Recent activation studies have provided interesting information about the brains capacity to reorganise after such injury and in association with practice and learning that constitute the bedrock of rehabilitation. Though presently in the realm of basic physiology, the study of brain plasticity and its modulation by drugs and other therapies indicates a novel approach to the rehabilitation of stroke damaged adults. Brain maps must be viewed as dynamic, changing with development, disease progression and in the recovery of function after acute injury. The dynamic plasticity of functional brain maps provides an exciting opportunity to study these processes. Conférence en français
  • Modélisation de l’attention visuelle (le 1er mars 2006) — Frédéric Alexandre
    De façon assez classique dans notre domaine, notre travail consiste à développer des modèles numériques permettant de rendre compte de données expérimentales et de théories issues des neurosciences. De plus, en tant qu’informaticiens, nous nous donnons des contraintes supplémentaires telles que l’implantation sur robots réels (contraintes de coût et de temps de calcul, environnement réel complexe) et l’étude des propriétés émergentes de ce type de calcul (modèles de populations de neurones, de neurones à champ moyen et de neurones impulsionnels). Je vais tenter de mettre en lumière les intérêts et les limites de ce type de démarche en décrivant une étude récente de notre équipe sur la modélisation de l’attention visuelle. J’expliquerai pourquoi ce sujet met particulièrement bien en lumière la démarche présentée plus haut avant de présenter les données physiologiques et comportementales sur lesquelles nous nous sommes fondés. Je présenterai également les deux formalismes que nous explorons sur ce type de sujet, les neurones impulsionnels et les neurones à champ moyen ainsi que les réalisations effectuées à cette date.
  • Oscillations collectives dans les réseaux de neurones (le 15 mars 2006) — Vincent Hakim
    Une oscillation collective est souvent comprise comme la synchronisation d’oscillateurs couplés de fréquences voisines. Les rythmes neuronaux semblent devoir être décrits de manière différente puisque dans de nombreux cas la décharge des neurones individuels apparaît très bruitée et peu périodique. Après une revue de quelques exemples expérimentaux, je présenterai une approche théorique de ces phénomènes et discuterai les liens entre les propriétés biophysiques des neurones individuels et les caractéristiques du rythme collectif.
  • Exemples d’analyses géométriques faites par les neurones (le 5 avril 2006) — Daniel Bennequin
    Après avoir discuté quelques-uns des paramètres qui intéressent les cellules du cortex visuel primaire des mammifères, l’exposé présentera un modèle élaboré récemment en collaboration avec S. Capern et J. Droulez (LPPA, Collège de France) de la réponse observée des colonnes de V1 aux stimuli de mouvements. En particulier il apparaît un ensemble de modules de non-linéarités adapté au traitement géométrique des directions. L’exposé portera aussi sur le fonctionnement des cartes d’orientations et de directions dessinées par les neurones, et insistera sur le concept d’invariance.
  • Flux optique et perception de l’espace 3D chez l’homme (le 19 avril 2006) — Valérie Cornilleau-Péres
    L’œil projette sur la rétine des images en mouvement incessant. Ce flux optique, représenté par un champ vectoriel de vitesses, est codé par des circuits neuronaux spécifiques et sert d’entrée pour différentes fonctions. Je présenterai ici 2 études de la perception de l’espace 3D chez l’homme. Dans la première, nous avons exploré la perception de l’orientation des plans à partir du mouvement, et démontré l’utilisation du flux optique de second-ordre (dérivées secondes de la vitesse rétinienne) par le système visuel. Nos résultats soulignent l’existence de propriétés spécifiques du flux optique en champ large (60° d’angle visuel). Dans une seconde étude, nous mettons en évidence des anisotropies dans la perception des courbures des surfaces, et des distorsions géométriques de l’espace perçu par rapport à l’espace physique. Ces résultats psychophysiques ont des implications au niveau des processus computationnels qui sous-tendent l’analyse 3D du flux optique.
  • Formation of morphogenetic gradients and boundaries during early development (le 17 mai 2006) — David Holcman
    In pluricellular organisms, positional information is necessary to all developmental processes. In the neuroepithelium, for example, positional information regulates the emplacement of territories, the place of borders between these territories, axonal guidance and synapse formation. We want to understand how positional information is generated and how cells respond to this information by the expression of developmental programs. It is well known that morphogens constitute a class of molecules inducing morphogenetic responses to cells and cell ensembles. The concept of morphogen is related to that of positional value, as the generation of morphological and physiological characteristics is function of position. We have developed a mathematical model for morphogenetic gradient formation. The novelty of this model takes its origin in the hypothesis that homeoproteins, a class of transcription factors with morphogenetic functions, traffic from cell to cell and regulate their own expression in a non-cell autonomous manner. We will discuss in particular how morphogens can generate various gradients. The mathematical model is applied to study boundary formation and stability between two adjacent morphogenetic regions.
  • Modeling neuron–glial interactions: from Hodgkin–Huxley to neurometabolic coupling and back (le 28 novembre 2006) — Renaud Jolivet
    In recent years, accumulating evidences have shown that astrocytes play a critical role at synapses and in providing energy substrates for neurons. Despite the ongoing revolution regarding their role in the nervous system, astrocytes have attracted only very little attention from the computational neuroscience community. In this talk, we will present a summary of the most important features of astrocytes known today and show how to extend the Hodgkin–Huxley framework to include neurometabolic coupling between neurons, astrocytes, extracellular space and cerebral blood flow.
    We first extend the Hodgkin–Huxley model to include the Na,K–ATPase electrogenic pump that maintains electrochemical gradients. Our analysis shows that the pump significantly affects the spiking of the neuron and the pattern of spike–frequency adaptation. Then, in order to study how typical neuronal and astrocytic timescales relate, we extend our model to the metabolic neuron–astrocyte interaction using recent work by Aubert and Costalat connecting cerebral blood flow to principal metabolic pathways. The resulting model bridges the gap between astrocytes and the classic Hodgkin–Huxley framework. This allows us to focus on relations between neuronal activity and metabolism. The final model is fitted on experimental data so that it quantitatively reproduces recent results of NADH fluorescence dynamics. Interestingly, the only acceptable parameter set resulting from this optimization procedure yields a model that strongly supports the so–called astrocyte–neuron lactate shuttle hypothesis. Namely, the astrocyte releases lactate that is consumed as an energy substrate by the neuron placing the astrocyte at the center of brain energy metabolism. Our results bring support for an active and central role of the astrocytes and as such, point to them as a valid and key topic for computational neuroscience.
    We will conclude by discussing perspectives and possible extensions of this work.

Organisateurs

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Romain Brette (ENS)

Département d’informatique

Olivier_Faugeras

Olivier Faugeras (INRIA)

- Directeur de recherche à l’INRIA dans l’unité de recherche de Sophia Antipolis où il dirige le projet ODYSSEE.
- Membre de l’Académie des Sciences.
- Membre de l’Académie des Technologies.

En savoir plus sur le cycle...


Séminaires de recherche

Atelier Apprentissage 2005–2006

Atelier Apprentissage 2006–2007

Atelier Mathématiques et biologie 2004–2005

Atelier Mathématiques et biologie 2005–2006

Atelier Mathématiques et biologie 2006–2007

Conférences du département d’Études cognitives

Les lundis de la philosophie

Séminaire Archéologie des sanctuaires celtiques

Séminaire Art, création, cognition

Séminaire de l’ITEM : De l’archive manuscrite au scriptorium électronique

Séminaire de l’ITEM : Genèse et correspondances

Séminaire de l’ITEM : Genèses théâtrales

Séminaire de l’ITEM : Genèses, récit d’auteur / récit de critique

Séminaire de l’ITEM : L’écriture et le souci de la langue

Séminaire du Département de biologie

Séminaire du Département de chimie

Séminaire du Laboratoire de géologie

Séminaire du Laboratoire de météorologie dynamique

Séminaire du Laboratoire de physique statistique

Séminaire Environnement et société

Séminaire européen Sciences sociales et santé mentale

Séminaire général du Département d’informatique

Séminaire général du Département de physique

Séminaire général du Département TAO

Séminaire Histoire de l’enseignement supérieur français, XIX°–XX° siècles

Séminaire Histoire et philosophie des mathématiques

Séminaire Littérature et morale à l’âge classique

Séminaire Louis Pasteur de l’ENS : The design of photosynthesis

Séminaire MHD (SEMHD)

Séminaire Modélisation et méthodes statistiques en sciences sociales

Séminaire Musique et mathématiques

Séminaire Musique et philosophie

Séminaire Philosophie et mathématiques

Séminaire Vision algorithmique et biologique

Séminaire Vision artificielle / Équipe Willow

Séminaire Visualiser et modéliser le cerveau