RECHERCHE
Giovanni Di Liberto - Etude des mécanismes cérébraux sous-jacents à la perception de sons complexes
Titulaire d’une formation en ingénierie informatique et en neurosciences, Giovanni Di Liberto est chercheur postdoctoral au LSP, sous la supervision du professeur Shihab Shamma. Ses travaux de recherche sur la perception de la musique viennent d’être publiés dans eLife.
Les recherches de Giovanni Di Liberto au sein du LSP portent sur la compréhension des mécanismes cérébraux sous-jacents à la perception de sons complexes tels que la parole et la musique. Le cerveau humain contient des milliards de neurones qui interagissent les uns avec les autres au moyen de signaux électriques. Dans le cadre de ces travaux, Giovanni Di Liberto mesure cette activité électrique à l'aide de capteurs d'électroencéphalographie non invasive (EEG) placés à la surface du cuir chevelu, ou à l'aide de capteurs invasifs insérés à l'intérieur du cerveau d'un patient avant les opérations neurochirurgicales (électrocorticographie - ECoG).
Mais le cerveau humain effectue d'innombrables opérations en même temps et isoler le signal neuronal concerné devient alors difficile. « Ma formation en informatique m'offre les outils nécessaires pour isoler et étudier ce signal électrique neuronal correspondant à la perception du son. Plus précisément, je développe et utilise des stratégies d'analyse de données sophistiquées pour identifier les processus neuronaux responsables de la transformation d'un stimulus sensoriel en sa signification abstraite. »
L'impact de ces travaux dans le domaine de la recherche appliquée est significatif. Il permet de mieux comprendre et d'évaluer objectivement les fondements neuronaux des déficits auditifs et du langage, tout en contribuant aux solutions d'interface cerveau-ordinateur. Ces travaux ont notamment contribué à développer le prototype d'un nouvel appareil acoustique qui amplifie la conversation d'un seul interlocuteur parmi toutes les voix environnantes. C'est une fonctionnalité particulièrement utile dans les environnements bruyants, où les utilisateurs d'appareil acoustiques ont généralement du mal à identifier une voix faible parmi d'autres (http://cocoha.org).
Dans ses récents travaux sur la perception de la musique publiés dans eLife (*), Giovanni Di Liberto a utilisé de telles méthodologies pour mesurer l'activité neuronale correspondant à la perception de mélodies pour piano tirées de sonates et de partitas de Jean Sébastien Bach. En collaboration avec une équipe de chercheurs, il a en effet pu mesurer un signal cérébral reflétant la prédiction des notes musicales à venir. "Nous avons fourni de nouvelles preuves sur la façon dont notre cerveau apprend la structure de la musique et identifié où cela se produit dans le cerveau. Comprendre ces mécanismes prédictifs est essentiel pour comprendre pourquoi la musique est si importante pour nous". Des mécanismes prédictifs similaires sont connus pour soutenir une variété d'autres tâches, telles que la compréhension du langage, et peuvent éventuellement constituer une propriété fondamentale de nos fonctions cérébrales (théorie du codage prédictif).
"Nos résultats ont permis d'identifier un modèle informatique de perception musicale (IDyOM ; Marcus Pearce, 2005) comme modèle potentiel décrivant comment le cerveau humain apprend et traite la structure et les attentes musicales." Ce qui permet de mieux comprendre les mécanismes cérébraux impliquant des prédictions auditives. "Notre méthodologie pourrait constituer une solution pour l'évaluation objective du traitement neural prédictif, ce qui pourrait conduire à une meilleure compréhension des déficits de traitement auditif et du langage qui y sont liés. Ces travaux constituent également la base d'une nouvelle approche potentielle pour développer des biomarqueurs pour le suivi ou le diagnostic des troubles auditifs et du langage".
PLUS D'INFOS
- (*) Di Liberto GM, Pelofi C, Bianco R, Patel P, Mehta AD, Herrero JL, de Cheveigné A, Shamma S, Mesgarani N. (2020), Cortical encoding of melodic expectations in human temporal cortex, Elife, 3; 9.pii: e51784. doi: 10.7554/eLife.51784.
- Communiqué de presse CNRS "Le codage cérébral des attentes mélodiques
- Site internet de Giovanni Di Liberto
- Site internet du Laboratoire des Systèmes Perceptifs
Les travaux de recherche de Charlotte Van den Driessche dans le Top 100 des articles de neuroscience les plus téléchargés sur le site de Nature.
Charlotte Van den Driessche prépare une thèse sous la co-direction d'Axel Cleeremans (Université Libre de Bruxelles) et de Jérôme Sackur (LSCP, ENS). Sa publication intitulée "Lower Attentional Skills predict increased exploratory foraging patterns" (*) se place parmi les 100 premiers articles de neuroscience publiés en 2019, les plus téléchargés sur le site de Nature.
Après avoir commencé par des études d’ingénieure en télécommunication, Charlotte Van den Driessche change de voie et devient psychiatre. Pendant ses années d’internat, elle intègre le Cogmaster. Sous la direction de Jérôme Sackur (chercheur CNRS au LSCP) et de Mikaël Bastian (PhD), elle conduit une étude portant sur la rêverie éveillée dans le trouble déficit de l'attention, étude qui fait l'objet d'une publication en 2017(**). Une fois ses études de médecine achevées, elle travaille comme pédopsychiatre puis obtient une bourse d'étude lui permettant de faire une thèse en sciences cognitives.
Son article "Lower Attentional Skills predict increased exploratory foraging patterns" publié en 2019 se place parmi les 100 premiers articles de neuroscience les plus téléchargés sur le site de Nature. Les résultats de cette étude contribuent à la littérature croissante qui suggère que le TDAH (trouble de déficit de l'attention/hyperactivité) ne devrait pas être simplement perçu comme un pur déficit d'attention, mais aussi comme une stratégie cognitive différente qui favorise l'exploration dans les tâches de recherche aussi bien externe (visuelle) qu'interne (sémantique). Cette tendance à l'exploration et donc à rechercher la nouveauté s'avère délétère dans certains contexte mais peut représenter un avantage dans d'autres.
Scientific Reports a publié plus de 1 710 articles sur les neurosciences en 2019. Une place dans le top 100 des articles les plus téléchargés est extrêmement encourageant. "Je trouve formidable que les sujets qui me motivent puissent intéresser aussi d'autres personnes. En recherche, contrairement à la pratique clinique, on a parfois l'impression que notre travail est un peu détaché de la réalité quotidienne et nous n'avons pas beaucoup de retours sur notre travail. C'est très encourageant !"
PLUS D'INFOS
- (*) Van den Driessche, C., Chevrier, F., Cleeremans, A., & Sackur, J. (2019), Lower Attentional Skills predict increased exploratory foraging patterns, Scientific Reports, volume 9, Article number: 10948 (2019)
- (**) Van den Driessche, C., Bastian, M., Peyre, H., Stordeur, C., Acquaviva, É., Bahadori, S., ... & Sackur, J. (2017). Attentional lapses in attention-deficit/hyperactivity disorder: blank rather than wandering thoughts. Psychological science, 28(10), 1375-1386.).
ENSEIGNEMENT
La majeure Ingénierie cognitive du Master de sciences cognitives de PSL, une majeure "appliquée"
Depuis un an, le master de sciences cognitives de PSL (Cogmaster) propose une spécialité en ingénierie cognitive. Rencontre avec Valerian Chambon, co-responsable de cette majeure.
Pouvez-vous vous présenter ?
Je suis chercheur en neurosciences cognitives à l'Institut Jean Nicod. Je m'intéresse aux processus de contrôle de l'action en général et à l'expérience qui résulte de l'exercice de ce contrôle - ce qu'on appelle traditionnellement le "sentiment d'agentivité". Dans mon travail, j'utilise un éventail d'outils assez variés, qui vont de la psychologie expérimentale à la neuroimagerie, en passant par la philosophie cognitive et la modélisation du comportement.
Présentez nous la majeure "Ingénierie cognitive" ?
La majeure "Ingénierie cognitive" réplique en partie l’organisation et le contenu du Master ITI créé par Emmanuel Dupoux il y a quelques années. Cette nouvelle majeure, aujourd'hui intégrée au Master de sciences cognitives de PSL (Cogmaster), est accessible au niveau M2 et se destine aux étudiants qui souhaitent poursuivre un stage en entreprise ou administration publique. Il s'agit d'une majeure "appliquée" au sens où elle implique de travailler sur un objectif pratique dans le domaine d'activité de la structure d'accueil choisie par l'étudiant.
Les modalités de validation du stage sont toutefois les mêmes que celles pratiquées dans les autres majeures, à savoir la rédaction d'un rapport en fin d'année universitaire qui décrit l'objectif du stage, l'état de l'art et la démarche retenue, et qui discute les résultats obtenus dans le cadre du stage. Ces résultats (ou livrables) peuvent être de nature variée : recommandation ou note de conseil, prototype d'outil, questionnaire, site ou interface virtuelle, résultats opérationnels, etc. La démarche retenue doit impérativement solliciter des outils et/ou des notions qui empruntent aux sciences cognitives. Le stage doit aussi avoir une problématique identifiable par l'étudiant et qu'il sera en mesure de retranscrire dans son rapport.
Quels sont les points forts de cette majeure ?
Son contenu pédagogique a été en quelque sorte "cousu main" pour répondre aux besoins de nos étudiants intéressés par l'application des sciences cognitives dans des domaines aussi variés que l'éducation, la remédiation, les interfaces cerveau-machine, le génie biomédical, les politiques publiques, les sciences de la décision, la planification urbaine, etc. La majeure "Ingénierie cognitive" propose ainsi des cours de méthodes et des cours de spécialité en robotique et en apprentissage-machine, en modélisation de la parole et en traitement automatique du langage naturel, mais également dans les domaines de l'éducation, de la remédiation cognitive et de la psychologie appliquée aux politiques publiques. Les cours de la majeure sont assurés par des enseignants-chercheurs, mais également par des représentants du monde de l'entreprise et des administrations, dans des cours assurés en tandem dont l'objectif est de mettre l'accent sur des exemples de cas concrets dont l'analyse et le traitement sont réalisés pendant le cours.
Autre point fort : les spécificités de la majeure impose un suivi de l'étudiant "au plus près". L'étudiant bénéficie ainsi d'un double encadrement tout au long de l'année : au sein de la structure qui l'accueille (le référent en entreprise ou administration) et au sein de l'équipe pédagogique du Cogmaster (le référent académique, qui doit s'assurer que l'étudiant a les moyens techniques et scientifiques de mener à bien son stage).
A qui s'adresse-t-elle ?
La majeure s'adresse aux étudiants qui ont pour objectif de mener à bien un travail original en entreprise ou administration, dans le secteur des sciences cognitives. Notez que nous encourageons les étudiants de tous bords à candidater, la seule condition étant qu'ils possèdent une formation solide dans l'une des disciplines fondamentales des sciences cognitives (psychologie, biologie, linguistique, philosophie, sciences sociales, mathématiques, informatique). La majeure est également ouverte aux étudiants en médecine et aux ingénieurs de formation.
Quels débouchés offre-t-elle ?
La majeure donne la possibilité de se spécialiser dans plusieurs corps de métier : expérience utilisateur (UX design), IA et interface homme-machine, intelligence collective, évaluation des politiques publiques, analyse et fouille de mégadonnées, apprentissage et éducation, etc. Tout dépend naturellement du domaine d'activité de la structure dans laquelle l'étudiant a réalisé son stage, mais plus généralement, l'objectif est de former les étudiants à la résolution de problèmes ou de grands défis sociétaux par les sciences cognitives, dans toute la diversité (des outils et des savoirs) qu'elles offrent.
Pour toutes questions relatives à cette majeure, à qui peut-on s'adresser ?
La majeure a trois co-responsables: Emmanuel Dupoux, Coralie Chevallier et moi-même. Nous pouvons être contactés à l'adresse email de la majeure, cognitive.engineering.paris@gmail.com. Clémence Alméras assure la coordination de la majeure, son adresse email est clemence.almeras@ens.fr.
PLUS D'INFOS
- Site du Master de sciences cognitives de PSL
- Page web de la majeure Ingénierie cognitive
MEDIAS
Dans la tête des bébés, reportage sur le Babylab
Comment les bébés apprennent à parler?
Au BabyLab du Laboratoire de Sciences Cognitives et Psycholinguistique (LSCP), les chercheurs étudient les mécanismes qui sous-tendent les apprentissages de la naissance jusqu'à l'âge de 5 ans. Pour cela, ils observent les enfants lorsqu'ils jouent ou regardent des petits films adaptés à leur âge et suscitant leur intérêt. Puis, ils analysent leur comportement, le mouvement de leur regard ou leur activité cérébrale pour comprendre comment ces capacités complexes se développent.
Découvrez, dans un reportage diffusé par le CNRS Le Journal en partenariat avec LeMonde.fr, les protocoles expérimentaux qui permettent de sonder les cerveaux des tout petits.
PLUS D’INFOS
- Site internet du Babylab
- Site internet du LSCP
- CNRS Le Journal
- Le Monde.fr
Fake news en temps de coronavirus, par Hugo Mercier
En temps de crise, la désinformation abonde. Pour quelle raison ? Ces fausses informations signifient-elles que les gens sont désespérément crédules, leur anxiété les rendant réceptifs aux balivernes les plus flagrantes ?
Hugo Mercier est chercheur CNRS au sein de l'Institut Jean Nicod et de l'équipe Evolution and Social Cognition. Il est psychologue évolutionniste et cognitif et travaille sur la fonction et le fonctionnement du raisonnement. Il répond dans un article publié le 30 mars sur www.theguardian.com.
SEMAINE DU CERVEAU
Articles, vidéos et podcasts, en attendant la prochaine édition
La 22e édition de la Semaine du Cerveau a été annulée. Les conférences prévues à l'ENS sont reportées à l'année prochaine. Axelle Calcus, Jean-Rémi King et Valentin Wyart, membres du DEC, ont accordé un entretien au service de communication de l'école et au média en ligne BRUT pour présenter leurs travaux de recherche et donner un aperçu de leurs conférences. Retrouver aussi l'entretien d'Iris Salecker, chercheuse à l'IBENS, sur www.ens.fr.
Axelle Calcus, chercheuse en neurosciences
La perception auditive chez l’enfant.
Axelle Calcus est spécialisée en neurosciences cognitives de l’audition et fait partie du Laboratoire des Systèmes Perceptifs (LSP). Elle s’intéresse de près à la perception auditive chez l’enfant et au lien qui existe entre perception de la parole, acquisition du langage et performance scolaire. Elle travaille tout particulièrement sur le développement des habiletés de perception de la parole dans le bruit. Lire la suite.
Jean-Rémi King, entre I.A. et neurosciences. Jean-Rémi King, chercheur CNRS au Laboratoire des Systèmes Perceptifs (LSP), intervient sur les relations complexes entre intelligence artificielle et neurosciences. Spécialiste du fonctionnement de cerveau humain, il cherche à comprendre comment celui-ci construit, manipule et communique ses représentations mentales. Son travail mobilise surtout des techniques de neuroimagerie non-invasives, afin de comparer les réponses cérébrales obtenues aux activations générées par des algorithmes dits "d'intelligence artificielle". Le but de cette recherche ? Déterminer ce qui nous permet, contrairement aux autres espèces animales, d'accumuler et de manipuler une grande quantité de connaissances. Lire la suite
Pourquoi la routine est indispensable au cerveau?
Valentin Wyart, chercheur INSERM au Laboratoire de Neurosciences Cognitives et Computationnelles (LNC2), répond au média en ligne BRUT.
Vous pouvez accéder aux archives (vidéos et podcasts) des conférences données à l'ENS dans le cadre des éditions précédentes de la Semaine du cerveau sur le site des Savoirs et sur la chaîne youtube de l’école.
Le site internet semaineducerveau.fr propose aussi toute une série de conférences en replay, podcasts et articles.
QUELQUES PUBLICATIONS RECENTES
Bondanelli G, Ostojic S (2020) Coding with transient trajectories in recurrent neural networks. PLoS Comput Biol, 16(2): e1007655. https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1007655
Résumé :
Following a stimulus, the neural response typically strongly varies in time and across neurons before settling to a steady-state. While classical population coding theory disregards the temporal dimension, recent works have argued that trajectories of transient activity can be particularly informative about stimulus identity and may form the basis of computations through dynamics. Yet the dynamical mechanisms needed to generate a population code based on transient trajectories have not been fully elucidated. Here we examine transient coding in a broad class of high-dimensional linear networks of recurrently connected units. We start by reviewing a well-known result that leads to a distinction between two classes of networks: networks in which all inputs lead to weak, decaying transients, and networks in which specific inputs elicit amplified transient responses and are mapped onto output states during the dynamics. Theses two classes are simply distinguished based on the spectrum of the symmetric part of the connectivity matrix. For the second class of networks, which is a sub-class of non-normal networks, we provide a procedure to identify transiently amplified inputs and the corresponding readouts. We first apply these results to standard randomly-connected and two-population networks. We then build minimal, low-rank networks that robustly implement trajectories mapping a specific input onto a specific orthogonal output state. Finally, we demonstrate that the capacity of the obtained networks increases proportionally with their size.
Carbajal, J., L. Chartofylaka, M. Hamilton, A.-C. Fiévet & S. Peperkamp (2020). Compensation for phonological assimilation in bilingual children. Language Learning and Development, 16, 141-160.
Résumé :
We investigate bilingual children’s perception of assimilations, i.e. phonological rules by which a consonant at a word edge adopts a phonological feature of a neighboring consonant. For instance, English has place assimilation (e.g., green is pronounced with a final [m] in green pen), while French has voicing assimilation (e.g., sac is pronounced with a final [g] in sac vert ‘green bag’). Previous research has shown that French and English monolingual toddlers compensate for the assimilation rule of their language, correctly recovering the intended words, but not for a rule that does not exist in their language. Using a word recognition videogame with French sentences, we show that French-English bilingual 6-year-olds’ perform exactly like French monolinguals of the same age: they compensate for voicing but not for place assimilation. Thus, despite their dual language input they have acquired French voicing assimilation and show
Flora Bouchacourt, Stefano Palminteri, Etienne Koechlin, Srdjan Ostojic (2020), Temporal chunking as a mechanism for unsupervised learning of task-sets, eLife, 2020;9:e50469, 10.7554/eLife.50469
Résumé :
Depending on environmental demands, humans can learn and exploit multiple concurrent sets of stimulus-response associations. Mechanisms underlying the learning of such task-sets remain unknown. Here we investigate the hypothesis that task-set learning relies on unsupervised chunking of stimulus-response associations that occur in temporal proximity. We examine behavioral and neural data from a task-set learning experiment using a network model. We first show that task-set learning can be achieved provided the timescale of chunking is slower than the timescale of stimulus-response learning. Fitting the model to behavioral data on a subject-by-subject basis confirmed this expectation and led to specific predictions linking chunking and task-set retrieval that were borne out by behavioral performance and reaction times. Comparing the model activity with BOLD signal allowed us to identify neural correlates of task-set retrieval in a functional network involving ventral and dorsal prefrontal cortex, with the dorsal system preferentially engaged when retrievals are used to improve performance.
de Vignemont, F. (2020). What Phenomenal Contrast for Bodily Ownership?, Journal of the American Philosophical Association, 117-137. doi:10.1017/apa.2019.34
Résumé :
In a 1962 article, ‘On Sensations of Position’, G. E. M. Anscombe claimed that we do not feel our legs crossed; we simply know that they are that way. What about the sense of bodily ownership? Do we directly know that this body is our own, or do we know it because we feel this body that way? One may claim, for instance, that we are we aware that this is our own body thanks to our bodily experiences that ascribe the property of myness to the body that they represent. Here I approach this issue from the perspective of the debate on the admissible content of perception, appealing to the method of phenomenal contrast. After rejecting the myness hypothesis, I criticize alternative accounts of the contrast in somatosensory, cognitive, and agentive terms. I conclude that the phenomenology of ownership consists in the affective awareness of the unique significance of the body for survival.
Di Liberto GM, Pelofi C, Bianco R, Patel P, Mehta AD, Herrero JL, de Cheveigné A, Shamma S, Mesgarani N. (2020), Cortical encoding of melodic expectations in human temporal cortex, Elife, 3;9. pii: e51784. doi: 10.7554/eLife.51784.
Résumé :
Humans engagement in music rests on underlying elements such as the listeners’ cultural background and interest in music. These factors modulate how listeners anticipate musical events, a process inducing instantaneous neural responses as the music confronts these expectations. Measuring such neural correlates would represent a direct window into high-level brain processing. Here we recorded cortical signals as participants listened to Bach melodies. We assessed the relative contributions of acoustic versus melodic components of the music to the neural signal. Melodic features included information on pitch progressions and their tempo, which were extracted from a predictive model of musical structure based on Markov chains. We related the music to brain activity with temporal response functions demonstrating, for the first time, distinct cortical encoding of pitch and note-onset expectations during naturalistic music listening. This encoding was most pronounced at response latencies up to 350 ms, and in both planum temporale and Heschl’s gyrus.
Doris Pischedda, Stefano Palminteri and Giorgio Coricelli (2020) The effect of counterfactual information on outcome value coding in medial prefrontal and cingulate cortex: from an absolute to a relative neural code. Journal of Neuroscience, JN-RM-1712-19; DOI: 10.1523/JNEUROSCI.1712-19.2020
Résumé :
Adaptive coding of stimuli in visual cortex is well documented in perception, where it supports efficient encoding over a broad range of possible percepts. Recently, a similar neural mechanism has been reported also in value-based decision, where it allows optimal encoding of vast ranges of values in PFC: neuronal response to value depends on the choice context (relative coding), rather than being invariant across contexts (absolute coding). Additionally, value learning is sensitive to the amount of feedback information: providing complete feedback (both obtained and forgone outcomes) instead of partial feedback (only obtained outcome) improves learning. However, it is unclear whether relative coding occurs in all PFC regions and how it is affected by feedback information. We systematically investigated univariate and multivariate feedback encoding in various PFC regions and compared three modes of neural coding: absolute, partially-adaptive and fully-adaptive.
Twenty-eight human participants (both sexes) performed a learning task while undergoing fMRI scanning. On each trial, they chose between two symbols associated with a certain outcome. Then, the decision outcome was revealed. Notably, in half of the trials participants received partial feedback, while in the other half they got complete feedback. We used univariate and multivariate analysis to explore value encoding in different feedback conditions.
We found that both obtained and forgone outcomes were encoded in mPFC, but with opposite sign in ventral and dorsal subdivisions. Moreover, we showed that increasing feedback information induced a switch from absolute to relative coding. Our results suggest that complete feedback information promotes context-dependent outcome encoding.
Sacha Yesilaltay, Hugo Mercier (2020), Relevance Is Socially Rewarded, But Not at the Price of Accuracy, Evolutionary Psychology, 1-7, 10.1177/1474704920912640
Abstract
Selecting good sources of information is a critical skill to navigate our highly social world. To evaluate the epistemic reputation of potential sources, the main criterion should be the relevance of the information they provide us. In two online experiments (N = 801), we found that receivers are more thankful toward, deem more competent, and are more likely to request information in the future from sources of more relevant messages—if they know the message to be accurate or deem it plausible. To prevent sources from presenting information as more relevant than it is in order to improve their reputation, receivers lower the reputation of sources sending messages that are more relevant-if-true, if they know the message to be inaccurate. Our research sheds light on the reputational trade-offs involved in choosing what information to communicate and helps explain transmission patterns such as rumors diffusion.
AGENDA
Les événements du DEC sont annulés.
Des conférences sont en accès libre sur le site des Savoirs de l'ENS (Colloquium du DEC, la Semaine du Cerveau) et la chaîne youtube de l'école (conférences grand public, Semaine du Cerveau, Nuits de l'ENS etc.)