​Joao Barbosa effectue ses recherches dans l'équipe "The Computational Brain" dirigée par Florent Meyniel. Intégrée à l'unité de recherche en Neuroimagerie Cognitive (UNICOG) dirigée par Stanislas Dehaene à NeuroSpin, cette équipe est hébergée depuis 2023 à l'institut de Neuromodulation (INM, GHU Paris psychiatrie & neurosciences).

LE PROJET

Avec le projet DISCONTROL (DIScovery and CONTROL of flexible neural architectures), financé à hauteur de 1,5 millions d'euros sur cinq ans, Joao Barbosa va explorer les architectures spécifiques inter-régionales à l'origine de nos comportements afin de comprendre comment les différentes régions cérébrales interagissent pour construire de tels réseaux.

La flexibilité est une caractéristique distinctive de la cognition humaine et varie considérablement d'un individu à l'autre. C'est une fonction exécutive qui permet d'ajuster sa pensée, de changer de stratégie ou de passer d'une tâche à une autre et qui se traduit par une flexibilité comportementale. Traditionnellement, on pensait que cette flexibilité reposait sur le cortex préfrontal contrôlant d'autres régions. Or, de nouvelles données indiquent l'existence d'une architecture distribuée dans laquelle les régions se contrôlent mutuellement par le biais de boucles de rétroaction denses. Ce changement conceptuel met en évidence un défi majeur : dans des réseaux densément connectés dépourvus de modules clairement définis, il est difficile de déterminer quelles interactions inter-régionales sont à l'origine d'un comportement.

Depuis plusieurs années, Joao Barbosa développe des modèles de réseaux cognitifs fondés sur des données issues d'enregistrements électrophysiologiques de rongeurs, de PNH et de sujets humains. À partir de réseaux neuronaux récurrents interprétables et contraints par les propriétés neuronales, il tente de déduire comment l'information circule entre les régions cérébrales lors de comportements flexibles, au-delà des explications centrées sur une seule région, pour générer des architectures causales distribuées. En d'autres termes, il remet en question la prédominance traditionnellement accordée au cortex préfrontal dans le contrôle d'autres régions cérébrales.

S'il est possible de moduler un comportement par des approches invasives (stéréo-électroencéphalographie, stimulation cérébrale profonde), de tels effets restent difficiles à obtenir avec des méthodes non invasives (IRM à ultra-haut champ, magnéto- et électroencéphalographie) qui souffrent d'une moins bonne précision spatio-temporelle. L'hypothèse de Joao Barbosa est que ces limites pourraient être dépassées en guidant la stimulation cérébrale non invasive à partir de modèles d'architectures causales établis grâce à des enregistrements intracrâniens. Cette approche pourrait ainsi permettre de moduler avec précision les réseaux cérébraux sans recourir à la chirurgie ou aux implants.

Dans le contexte du projet DISCONTROL, Joao Barbosa utilisera des techniques de pointe en apprentissage automatique afin de déduire des architectures distribuées de la flexibilité cognitive à partir d'enregistrements intracrâniens réalisés chez des patients épileptiques réfractaires aux traitements médicamenteux. L'état pathologique de ces patients offre en effet une occasion rare de stimuler et d'enregistrer le cerveau à partir de plusieurs emplacements simultanés, avec une résolution spatio-temporelle exceptionnelle. Après avoir déduit les architectures spécifiques à chaque sujet, il les contraindra de manière causale à l'aide d'une stimulation intracrânienne multisite guidée par un modèle. Il testera ensuite l'hypothèse selon laquelle les différences dans le flux d'informations entre les régions, déduites des architectures causales, sous-tendent les différences interindividuelles en matière de flexibilité comportementale.

Le succès de DISCONTROL pourrait ouvrir la voie à des progrès dans le domaine de la psychiatrie de précision, tant invasive que non invasive, puisque DISCONTROL peut, en principe, être appliqué aux troubles caractérisés par une rigidité cognitive (schizophrénie, TOC, troubles du spectre de l'autisme).

BIO EXPRESS ​

Titulaire d'une licence en informatique obtenue à Braga (Université de Minho, Portugal) et à l'université d'Amsterdam, Joao Barbosa a ensuite complété sa formation par un master en bio-informatique à l'université de Bologne. Durant son master, il s'est passionné pour la neurobiologie et, après une année sabbatique en Amérique centrale, a décidé de poursuivre en doctorat de neurosciences computationnelles. Durant son doctorat, réalisé sous la direction d'Albert Compte (université de Barcelone, Espagne), il s'est intéressé à la compréhension des mécanismes neuronaux de la mémoire de travail et de la prise de décision. Lors de son post-doctorat, réalisé à l'École Normale Supérieure de Paris, il a orienté ses recherches vers la prise de décision flexible et notamment vers la manière dont cette capacité cognitive mobilise un réseau distribué de régions cérébrales en interaction. Il a abordé ces questions à l'aide de modèles de réseaux de neurones récurrents normatifs, fondés sur les données.
Il a rejoint l'équipe de Florent Meyniel (NeuroSpin, INM) en 2024 et a été recruté en tant que chercheur permanent à l'Inserm en 2025.