Heike Stein a démarré un post-doctorat à l’ENS après avoir obtenu un doctorat à l'Université de Barcelone où elle travaillé avec Albert Compte pendant quatre ans. C’est au cours de ses années de licence et de maîtrise en psychologie et en neurosciences cognitives qu’elle a développé un intérêt croissant pour les statistiques et la modélisation, ainsi que pour les mécanismes neuronaux qui sous-tendent la cognition. « J'ai alors décidé de travailler sur un projet qui me permettrait de mettre à profit mes connaissances en psychophysique tout en m'initiant à l'analyse des données neuronales et aux modèles de réseaux informatiques. Durant ma thèse, j’ai étudié comment l'hypofonctionnement des récepteurs NMDA peut affecter la mémoire de travail dans les maladies psychiatriques et neurologiques. »

Des recherches pour comprendre comment les circuits cérébraux contrôlent la cognition et le comportement

La jeune chercheuse cherche à comprendre comment les circuits cérébraux contrôlent la cognition et le comportement. « Différents circuits neuronaux sont plus ou moins adaptés à certains types de calculs, en fonction de leur architecture et de leurs connexions avec d'autres zones du cerveau. Par exemple, le cortex préfrontal (que j'ai étudié au cours de mon doctorat) est une structure d'ordre supérieur qui reçoit des données importantes de zones inférieures comme les zones sensorielles, et se caractérise par une forte connectivité récurrente au sein du circuit. Grâce à ces caractéristiques, elle peut entretenir des représentations continues de variables sensorielles ou abstraites qui sont nécessaires dans les tâches de mémoire de travail. » Plus récemment, Heike Stein a commencé à s'intéresser à des circuits présentant des architectures encore plus simples et plus faciles à traiter, « ce qui est utile pour formuler des hypothèses sur leurs rôles computationnels. Le cervelet, par exemple, présente une architecture de type "feed-forward" divergente-convergente et une plasticité importante liée aux erreurs dans le circuit. Les chercheurs pensent donc qu'il joue un rôle important dans l'apprentissage par l'erreur. Dans mes travaux actuels, j'utilise des méthodes statistiques sophistiquées pour identifier les signatures de l'apprentissage moteur dans l'activité neuronale du cervelet. »

L'EMBO, un soutien aux sciences de la vie en Europe et au-delà

L'EMBO (European Molecular Biology Organization) soutient les chercheurs à différents stades de leur carrière par des financements à court et à long terme. La bourse obtenue par Heike Stein - "EMBO Postdoctoral Fellowship" -  est une bourse postdoctorale destinée à favoriser la mobilité internationale des jeunes chercheurs.. « Cette bourse permet de financer mon salaire pendant deux ans. Et comme pour les autres bourses postdoctorales, pour être éligible, il ne faut pas que plus de deux ans se soient écoulés depuis le doctorat et il faut aller dans un pays différent de celui où le doctorat a été effectué. » La mobilité internationale est en effet une condition essentielle. «  Il est préférable d'explorer de nouveaux sujets plutôt que de continuer à travailler sur les mêmes problèmes que pendant le doctorat. » La jeune chercheuse souligne l’importance de prendre le temps de rédiger sa candidature. « Vous devrez décrire votre formation, vos intérêts de recherche et proposer un plan de recherche spécifique à réaliser dans le laboratoire d'accueil. La rédaction d'une candidature permet généralement d'avoir une idée claire de ce que vous souhaitez étudier pendant votre post-doctorat. »

Des recherches au sein de l’équipe "Mathematics of Neural Circuits"  

Ce financement EMBO permet à la jeune chercheuse de travailler avec Alex Cayco-Gajic, professeur junior à l’ENS et co-directrice de l’équipe "Mathematics of Neural Circuits"  avec Boris Gutkin.  « Alex Cayco-Gajic a créé son équipe il y a deux ans, après un doctorat en mathématiques appliquées avec Eric Shea-Brown et un post-doctorat avec Angus Silver à UCL où elle a développé une fascination pour le cervelet et l'analyse de données à grande échelle. »

Dans cette équipe, les chercheurs combinent un large éventail de techniques informatiques pour étudier les calculs cérébelleux. Les différents projets vont des réseaux neuronaux récurrents et des modèles d'apprentissage par renforcement à l'utilisation et au développement de nouvelles méthodes d'analyse des données. « L'un des projets sur lequel je travaille est davantage axé sur le côté technique. En collaboration avec un étudiant en master, nous avons mis au point une nouvelle technique de réduction de la dimensionnalité qui permet de découvrir des changements lents dans l'activité des populations neuronales. Nous travaillons également en étroite collaboration avec le laboratoire expérimental de Michael Graupner à Paris Descartes afin d'étudier comment les souris apprennent des démarches régulières dans des environnements nouveaux. »

Vers des travaux de recherche sur les interactions cérébello-corticales au cours de la cognition et de l'apprentissage

« Venant d'un environnement scientifique centré sur la cognition, l'apprentissage des théories du cervelet et du contrôle moteur est nouveau et rafraîchissant pour moi ! Et auprès d’Alex Cayco, je reçois une formation qui est tout à fait complémentaire à ma formation initiale ». Dans ses futurs projets de recherche, Heike Stein aimerait combiner son expérience et ces nouvelles connaissances pour repenser la façon dont le cervelet contribue à des fonctions traditionnellement considérées comme purement néocorticales. « Par exemple, il existe de plus en plus de preuves de l'implication du cervelet dans la cognition et l'apprentissage. Dans le même temps, de nouvelles techniques informatiques rendent de plus en plus accessibles l'analyse et la modélisation de la communication entre plusieurs zones du cerveau au cours de tâches cognitives. » L'étude des interactions cérébello-corticales au cours de la cognition et de l'apprentissage semble être un futur sujet de recherche passionnant pour la jeune chercheuse.