Thèse Encodage Cortical du Rythme Auditif Au-Delà du Cortex Auditif une Étude Eeg-Nirs H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Picardie - Jules Verne École doctorale : Sciences, Technologie, Santé Laboratoire de recherche : GRAMFC - Unité de recherche Groupe de Recherches sur l'Analyse Multimodale de la Fonction Cérébrale Direction de la thèse : Sahar MOGHIMI ORCID 0009000856775944 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-15T23:59:59 L'expérience du rythme auditif commence tôt dans la vie humaine. Au fur et à mesure que le système auditif foetal se développe, le foetus est exposé à une symphonie de sons rythmiques, des battements cardiaques maternels aux rythmes de la parole et de la musique transmis à travers les tissus maternels. Ces stimulations rythmiques jouent un rôle clé dans le développement cognitif en soutenant l'acquisition du langage, la communication et les interactions sociales.
À l'Inserm U1105, nous avons démontré que le cerveau du nouveau-né prématuré encode les rythmes auditifs et s'y synchronise de manière prédictive. Ces capacités se développent progressivement durant le troisième trimestre de gestation. Cependant, les structures corticales impliquées restent inconnues. Cette capacité repose-t-elle uniquement sur les réseaux auditifs ou implique-t-elle aussi des régions sensorimotrices comme chez l'adulte ?
Pour explorer cette question, des séquences rythmiques régulières et irrégulières seront présentées à des nouveau-nés prématurés tout en mesurant l'activité corticale par l'Electroencéphalogramme (EEG) et l'imagerie optique par spectroscopie proche infrarouge (fNIRS). En combinant la haute résolution temporelle de l'EEG et la résolution spatiale de la fNIRS, nous testerons si la perturbation du rythme modifie les schémas d'activation des voies auditives dorsales et ventrales. Nous émettons l'hypothèse que l'encodage d'un rythme saillant engage des régions corticales distribuées et que sa perturbation déclenche des réponses spécifiques au-delà du cortex auditif. Cette étude éclairera les bases neuronales du traitement du rythme, essentiel au développement cognitif. Des preuves de plus en plus nombreuses suggèrent que le système moteur est impliqué dans l'encodage du temps (Hoddinott & Grahn, 2024; Patel & Iversen, 2014), en engageant des structures le long de la voie auditive dorsale (Cannon & Patel, 2021; Patel & Iversen, 2014) pour générer des oscillations temporelles prédictives en interaction avec les régions auditives (Merchant et al., 2024). La majorité de ces données provient d'études sur des adultes, qui montrent que même en l'absence de mouvement, différentes régions du système moteur sont actives et probablement nécessaires pour la perception du rythme. Par ailleurs, plusieurs études récentes indiquent que le cerveau des nourrissons (Flaten et al., 2022; Lenc et al., 2023) suit la structure métrique des rythmes.
Quelles structures corticales sous-tendent ce traitement et cet encodage précoces du rythme ? Cette capacité précoce à suivre les progressions rythmiques repose-t-elle uniquement sur les réseaux auditifs ou implique-t-elle des structures corticales/neuronales distribuées, y compris les régions sensorimotrices et prémotrices, comme chez les adultes (Merchant et al., 2024; Penhune & Zatorre, 2019) ? Les régions motrices et prémotrices sont encore immatures durant le troisième trimestre de la gestation, et les mouvements corporels coordonnés sont loin d'être établis. Il faut plusieurs mois pour que les nourrissons commencent à engager spontanément des mouvements rythmiques (M. Kim & Schachner, 2022). Ainsi, une activation précoce des régions motrices liées à la perception du rythme auditif suggérerait que ces régions sont recrutées pour le traitement du rythme avant d'être pleinement impliquées dans l'exécution des schémas moteurs. Cela pose un paradoxe, car le système moteur est encore très immature au début du développement, et les enfants mettent du temps à coordonner facilement des mouvements synchronisés avec des rythmes auditifs (Einarson & Trainor, 2013; Hannon et al., 2018; Yu & Myowa, 2021). En même temps, bien que l'exécution rythmique nécessite des mouvements moteurs primaires, des preuves comportementales suggèrent que les régions prémotrices ou motrices supplémentaires pourraient déjà interagir lors du traitement du tempo et de la métrique dès la petite enfance (Phillips-Silver & Trainor, 2005, 2007). Cela soulève la question des mécanismes sous-jacents et des structures corticales impliquées dans la perception du tempo pendant le développement neurodéveloppemental précoce, avant l'apparition des mouvements et la maturation du système moteur. Nous allons donc étudier si la perception du rythme par les réseaux neuronaux du cerveau du nouveau-né prématuré constitue une manifestation précoce de l'implication du même circuit neuronal sophistiqué que les adultes utilisent pour traiter des motifs auditifs complexes.
A l'Inserm U1105, en utilisant l'électroencéphalographie d'haute densité, nous avons démontré que le cerveau proche du terme encode la périodicité dans des séquences rythmiques (Edalati et al., 2023) et montre des preuves de synchronisation prédictive (Edalati et al., 2022, 2024). Dans une étude cross-sectionnelle entre 28 et 37 sAG, nous avons également démontré que ces capacités neuronales se développent progressivement au cours du troisième trimestre de la gestation (Saadatmehr et al., 2024), préparant les bases de l'interaction complexe entre les systèmes auditif et moteur, essentielle pour l'apprentissage du langage et de la musique tout au long de la vie (Goswami, 2022; Trainor & Hannon, 2012).
Nous avons également réalisé plusieurs études en fNIRS qui ont permis de démontrer certaines capacités précoce dans le décodage du langage au cours du troisième trimestre de la gestation (e.g. Mahmoudzadeh et al 2013 ; 2018). En 2025, nous avons démontré la possibilité que l'encodage du rythme comprend les cortex moteur et prémoteur (Rajabi et al. 2025). Néanmoins, le montage des optodes n'a pas permis une évaluation plus ciblée de ces régions du cortex. Nous examinerons si la perception du rythme par les réseaux neuronaux du cerveau du nouveau-né prématuré constitue une manifestation précoce du même circuit neuronal sophistiqué que les adultes (Figure 2) utilisent pour traiter des motifs auditifs complexes. Pour répondre à cette question, nous présenterons aux nouveau-nés prématurés des séquences auditives rythmiquement régulières ou irrégulières tout en mesurant l'activité corticale. Plus précisément, nous testerons si la perturbation de la rythmicité des séquences auditives modifiait les schémas d'activation dans les voies auditives dorsale et ventrale.
A l'aide de l'électroencéphalographie à haute densité, nous allons évaluer la synchronisation neuronale à la rythmicité, attestant de l'encodage du rythme au niveau cortical. À l'aide de la spectroscopie fonctionnelle proche infrarouge à haute densité (fNIRS) et un enregistrement full-head', nous allons cartographier les réponses hémodynamiques locales sur de multiples canaux, offrant une vue détaillée des schémas d'activation corticale. Cette structure nous permettra d'étudier pour la première fois la participation des régions centrale, notamment des région prémotrice et motrices supplémentaires (SMA) dans l'encodage du rythme. Sujets : 45 nouveau-nés prématurés (26-36 s AG) seront enregistrés en EEG haute résolution et fNIRS au CHU d'Amiens. Les nouveau-nés prématurés seront classés par groupe d'âge ( 6 et 8 à 1 et 5 min, respectivement), 3) présenter un poids, une taille et un périmètre crânien normaux pour leur âge gestationnel et 4) avoir des scores correspondant à leur âge gestationnel, aucune anomalie à l'échographie cérébrale et un EEG normal pour un âge gestationnel sans anomalie.
Paradigmes et enregistrement : Soixante blocs de stimulation auditives (30 séquences rythmiques et 30 séquences arythmiques) seront présentés à chaque nouveau-né prématuré dans un ordre aléatoire. Les blocs seront séparés par une période de silence aléatoire de 25 à 35 secondes, et l'ensemble des blocs durera environ 52 minutes. Les stimuli seront présentés pendant le sommeil, à un niveau d'écoute confortable, à l'aide d'un haut-parleur placé au niveau des pieds du nourrisson.
Les stimuli auditifs ont été créés au laboratoire dans le cadre d'une collaboration internationale pour un projet de la Fondation pour l'Audition (BabyMusic) et un projet financé par l'ANR (PreMusic), dirigés par encadrant du projet ici présenté. Les séquences contrôlées sont générées à l'aide de codes Python développés au laboratoire. La réponse hémodynamique du cerveau aux stimuli auditifs sera enregistrée à l'aide d'un système d'imagerie optique basé sur le domaine fréquentiel (Imagent ; ISS) à des longueurs d'onde de 690 et 830 nm, comme dans des études précédentes au laboratoire sur les nouveau-nés prématurés (Mahmoudzadeh et al., 2013; Nourhashemi et al., 2020). Simultanément, l'activité EEG sera enregistrée à l'aide d'un casque développé au laboratoire (EGI). Le/la doctorant/e développera des patches fNIRS haute densité multi-distances pour une couverture complète de la tête des nourrissons prématurés, permettant de mesurer les variations de concentration en hémoglobine oxygénée (HbO) et désoxygénée (HbR).
Traitement des données : Tous les prétraitements et traitement des données seront réalisés en MATLAB à l'aide des fonctions Homer3 (Huppert et al., 2009) et NIRSTORM (Delaire et al. 2024) pour la NIRS et de FieldTrip pour l'EEG, ainsi que de scripts développés en interne. Nous bénéficierons des stratégies de prétraitement et de traitement développé dans les précédentes études du laboratoire ; e.g. pour la NIRS : Rajabi et al ; 2025 ; Mahmoudzadeh et al 2013 et Nourhashemi et al. 2020 et pour l'EEG : Saadatmehr et al 2024, Edalati et al. 2023.
Une permutation non paramétrique basée sur des clusters temporels et spatiaux sera réalisée pour évaluer la réponse hémodynamique à la rythmicité dans les données NIRS. En complément du filtre spatial, un test de permutation non paramétrique sera effectué pour analyser la réponse électrique aux périodicités rythmiques dans les données EEG. Des analyses statistiques appropriées seront conduites pour examiner les différences entre les différentes régions corticales en réponse à la stimulation rythmique.

Master en neurosciences, sciences cognitives, biologie, ingénierie ou domaines connexes. Le/la candidat(e) devra idéalement posséder de solides bases en neurosciences cognitives ainsi qu'une expérience dans l'analyse de données humaines à l'aide de Matlab ou de logiciels équivalents, et un très bon niveau d'anglais. Des connaissances en électrophysiologie, des compétences en programmation (par exemple en R, Matlab ou Python), ainsi qu'une pratique musicale seront appréciées. Une forte motivation, de la curiosité, de la créativité, de la persévérance, ainsi que la capacité à travailler en équipe constituent des qualités essentielles.