Thèse Exploration en Irm Fonctionnelle de la Manipulation Séquentielle et de l'Imitation chez les Perroquets H/F - 75

Établissement : Université Paris-Saclay GS Life Sciences and Health
École doctorale : Signalisations et Réseaux Intégratifs en Biologie
Laboratoire de recherche : Institut des Neurosciences Paris-Saclay
Direction de la thèse : Kei YAMAMOTO ORCID 0000000287759022
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-05T23:59:59

Chez l'humain, on considère généralement que le néocortex à six couches est responsable des capacités cognitives de haut niveau. Néanmoins, des études récentes ont montré que des oiseaux, des poissons téléostéens, des céphalopodes et d'autres taxons dépourvus de cortex peuvent présenter des comportements complexes et élaborés, tels que l'utilisation d'outils (Brown, 2012; Güntürkün and Bugnyar, 2016; Stacho et al., 2020). En particulier, certains groupes d'oiseaux comme les perroquets et les corvidés présentent des capacités cognitives rivalisant avec celles des primates (Güntürkün and Bugnyar, 2016). Notre projet de recherche vise à approfondir la compréhension des propriétés neuroanatomiques communes aux espèces possédant des capacités cognitives supérieures, telles que la manipulation séquentielle et l'imitation. Notre principal modèle animal est un perroquet de taille moyenne, la conure à joues vertes, qui constitue une espèce aviaire optimale pour allier études comportementales et neuroanatomiques.

Le projet s'articule autour de trois axes principaux:

1) Tests comportementaux:
Nous avons développé des boîtes puzzle à plusieurs étapes (Figure 1) pour évaluer les capacités de manipulation séquentielle chez les perroquets, mais aussi chez différentes espèces (souris, rats, marmousets, etc.), y compris chez l'humain. Pour ouvrir la boîte et obtenir la nourriture, les animaux doivent effectuer une série de manipulations d'objets dans le bon ordre (par ex. retirer d'abord la barre qui bloque le couvercle, puis faire glisser le couvercle pour accéder à la nourriture, etc.). L'avantage de ce dispositif est de pouvoir facilement augmenter ou diminuer la complexité en fonction des performances des animaux.

2) IRM fonctionnelle:
Des études d'IRM fonctionnelle seront menées pour visualiser les régions cérébrales activées pendant les comportements de résolution de problèmes, ainsi que lors de l'observation de ces comportements par d'autres individus (réseau d'action-observation) (Zanini et al., 2023). Nous réaliserons deux types d'analyses d'IRM fonctionnelle : l'IRM utilisant le manganèse (MEMRI) (Radecki et al., 2014; Van der Linden et al., 2002) et l'IRM fonctionnelle BOLD (BOLD fMRI) (Zanini et al., 2023), en collaboration avec la Dr Luisa Ciobanu à NeuroSpin. À noter que nous avons déjà établi un protocole pour le MEMRI chez les poissons cichlidés, actuellement disponible sous forme de préprint (Estienne et al., 2025a,b).

3) Études anatomiques:
Parallèlement aux études fonctionnelles, nous procéderons à des analyses anatomiques du cerveau de perroquet. Pour visualiser le schéma de connectivité globale de l'ensemble du cerveau de perroquet, nous réaliserons une tractographie par IRM de diffusion (Yebga Hot et al., 2022) en collaboration avec Luisa Ciobanu et Ivy Uszynski à NeuroSpin. Nous disposons déjà de données préliminaires d'IRM ex vivo (Figure 2A) et in vivo (Figure 2B) sur les cerveaux de perroquets. Afin de visualiser la connectivité fine qui ne peut être détectée par IRM de diffusion, nous utiliserons également la microscopie en lumière polarisée (PLI) (Stacho et al., 2020), en collaboration avec l'équipe de Roberto Toro à l'Institut Pasteur.

Les résultats obtenus chez les perroquets seront comparés aux données publiées concernant les mammifères, afin de comparer les aires cérébrales de haut niveau chez les mammifères et les oiseaux. Ces travaux offriront un nouvel éclairage sur la façon dont des cerveaux morphologiquement différents peuvent mettre en place des réseaux neuronaux similaires à l'origine de fonctions cognitives supérieures.

Complex sequential manipulation and imitation form the foundation of tool-use behavior. Parrots are among the few animals capable of such abilities. Notably, parrots - like all birds - lack the six-layered neocortex that serves as the neural substrate for these behaviors in mammals. Comparative studies indicate that higher-order brain centers in birds and mammals evolved independently through convergent evolution. Therefore, investigating how parrot brains generate these capacities is crucial for identifying shared organizational principles underlying complex cognition.

In order to investigate how the brains without neocortex can generate cognitive functions similar to primates, we aim to investigate parrot brains and behavior. By combining anatomical and behavioral analyses, we will identify associative brain areas involved in sequential object manipulation and its imitation in medium-sized parrots. Specifically, we aim to determine whether mirror neurons-like activity, which supports imitation, occurs in brain areas associated with sequential manipulation in parrots. To this end, we will combine behavioral testing with two types of functional MRI: Blood-Oxygenation-Level-Dependent (BOLD-fMRI) and Manganese-Enhanced MRI (MEMRI). The obtained data will be compared with those of mammals, in order to identify common neural logic(s) underlying the evolution of higher-order cognitive functions in vertebrates.

1) Behavioral study
2) Manganese enhanced MRI (collaboration with L. Ciobanu in NeuroSpin)
3) Blood Oxygen Level Dependent functional MRI (collaboration with L. Ciobanu in NeuroSpin)
4) Diffusion MRI (collaboration with L. Ciobanu & I. Uszynski in NeuroSpin)
5) Polarized light imaging (collaboration with R. Toro in Pasteur Institute)
6) Histology