Étude de la connectivité effective du réseau cortical des visages chez l’homme à l’aide d’une combinaison de stimulation électrique intracérébrale et de stimulation visuelle périodique rapide

Effective connectivity behind the cortical face network observed through concurrent intracerebral electrical stimulation and frequency-tagged visual presentation

• Auteur / Autrice : Luna Angelini
• Direction : Bruno Rossion, Jacques Jonas
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 22/11/2024
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale BioSE - Biologie, Santé, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Ingénierie Moléculaire, Cellulaire et Physiopathologie (Vandœuvre-lès-Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Valérie Goffaux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bruno Rossion, Jacques Jonas, Jason Barton, Corey Keller, Marie-Constance Corsi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jason Barton, Corey Keller

Mots clés

Mots clés contrôlés

Stimulation électrique

Identité (philosophie)

Neurosciences cognitives

Perception des visages

Mots clés libres

Reconnaissance des visages

Seeg

Stimulation électrique directe

Connectivité effective

Stimulation visuelle périodique rapide

Face recognition

Seeg

Direct electrical stimulation

Effective connectivity

Frequency-Tagging

Résumé

Les mécanismes neuraux de la reconnaissance des visages chez l’Homme ont été largement étudiés pendant des décennies. La contribution de plusieurs régions cérébrales spécifiques aux visages dans le cortex occipito-temporal ventral (e.g., dans le gyrus fusiforme ; gyrus occipital inférieur) a été établie, mais l'organisation fonctionnelle de ce réseau cortical reste largement inconnue. L'objectif général de ce projet est de comprendre comment les visages sont traités, reconnus et associés à une identité familière spécifique, en étudiant les principales zones cérébrales responsables et leur interaction. Autrement dit, en étudiant le rôle des principales régions spécifiques aux visages et la connectivité fonctionnelle derrière le réseau cortical des visages. Notre projet est basé sur l'utilisation des enregistrements EEG intracrâniens et de la stimulation électrique directe, rendus possibles par les électrodes de profondeur implantées chez des patients atteints d'épilepsie résistante aux traitements. Grâce à l'utilisation de la stéréo-électroencéphalographie et du frequency-tagging, nous examinerons systématiquement et cartographierons les zones impliquées dans la reconnaissance des visages chez l'homme. De plus, en appliquant une stimulation électrique directe (SED) à plusieurs zones spécifiques aux visages afin d'observer leur implication dans la reconnaissance des visages, nous pourrons renforcer le lien entre chaque région et cette fonction.En outre, nous développerons et appliquerons une approche originale pour étudier de manière exhaustive la connectivité effective et fonctionnelle derrière le réseau cortical des visages, en combinant le marquage fréquentiel et la SED. Appliquer la SED à une région spécifique, tout en enregistrant simultanément les réponses cérébrales fonctionnelles à travers le réseau cortical des visages, nous permet de mesurer la modulation en temps réel des réponses locales et distantes aux visages provoquées par la stimulation, ainsi que les conséquences comportementales sur la reconnaissance des visages. Plus précisément, nous pourrons non seulement observer comment la stimulation affecte une zone spécifique, mais aussi mesurer comment plusieurs zones spécifiques aux visages communiquent entre elles.Nous visons à fournir des preuves substantielles concernant la structure qui caractérise le réseau cortical des visages, en investiguant le rôle de chaque zone clé dans la reconnaissance des visages et la connectivité fonctionnelle entre elles. Globalement, ce projet éclairera la connectivité fonctionnelle du réseau cortical de reconnaissance des visages et ouvrira la voie à un développement plus étendu et systématique de cette approche pour révéler la connectivité fonctionnelle et effective des réseaux cérébraux humains. L'étude de la connectivité derrière le réseau cortical des visages est importante non seulement en relation avec cette fonction spécifique, car les preuves que nous obtenons sur la structure d'un réseau aussi complexe et important augmenteraient notre compréhension générale du cerveau humain. Comprendre la reconnaissance des visages est primordial pour saisir l'organisation générale des fonctions cognitives dans le cerveau humain, y compris la latéralisation hémisphérique et la spécialisation corticale.

The neural basis of human face recognition has been extensively studied for decades. The contribution of several face-selective brain regions in the ventral occipito-temporal cortex (VOTC; e.g., in the fusiform gyrus and inferior occipital gyrus) has been established, but the functional organization of this cortical network remains largely unknown. The general goal of this project is to understand how faces are processed, recognized, and linked to a specific familiar identity, by studying the key brain areas responsible and how they interact with each other. In other words, by studying the role of the main face-selective regions and the functional connectivity behind the cortical face network. Our project is based on the use of intracranial EEG recordings and direct electrical stimulation, made possible by the depth electrodes implanted in patients affected by drug-resistant epilepsy. Through the use of stereotactic-EEG and frequency-tagging (or fast periodic visual stimulation, FPVS), we will systematically investigate and map the areas involved in face recognition in humans. Also, by applying direct electrical stimulation (DES) to several face-selective areas in order to observe their involvement in face recognition, we will be able to strengthen the link between each region and this function.Furthermore, we will develop and apply an original approach to comprehensively study the effective and functional connectivity behind the cortical face network, by combining frequency-tagging and DES. Applying DES to a specific region, while concurrently recording functional brain responses across the cortical face network allows us to record the real-time modulation of local and distant face responses caused by the stimulation, as well as the behavioural consequences on face recognition. Specifically, we’ll not only be able to observe how the stimulation affects a specific area, but we’ll also be able to measure how several face-selective areas communicate with each other.We aim to provide substantial evidence regarding the structure that characterizes the cortical face network, by investigating the role of each key area behind face recognition and the functional connectivity between them.Overall, this project will shed light on the functional connectivity of the human cortical face recognition network and pave the way for a more widespread and systematic development of this approach to reveal the functional and effective connectivity of human brain networks. The study of the connectivity behind the cortical face network is important not only in relation to this specific function, as the evidence that we obtain about the structure of such a complex and important network would increase our general understanding of the human brain. Understanding face recognition is of primary importance to comprehend the general organization of cognitive functions in the human brain, including hemispheric lateralization and cortical specialization.