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Laurent Goffart

Chargé de recherches au Centre Gilles Gaston Granger
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Présentation

## Landmarks ## **Emile Durkheim:** "*The categories of human thought are never fixed in a defined form; they are constantly made, undone, remade; they change according to place and time.” They are “like learned instruments of thought, which human groups have laboriously forged over the centuries and where they have accumulated the best of their intellectual capital.*" **Fernand Doridot & Marco Panza:** "*The persons who ... manage to constitute abstract objects, and thereby constitute mathematical theories, are ... persons in the plural, concrete persons acting under historically determined conditions, and not sorts of outgrowth of a "cognitive subject*" **Alain Bernard, Grégory Chambon & Caroline Ehrhardt:** "*The abstract and deductive nature of mathematics makes it easy to forget that numbers have no value other than the one we want to attribute to them*" **Moritz Schlick:** "*All measurements, from the most intuitive to the most advanced, rest on the observation of spatio-temporal coincidences*" **Henri Poincaré:** "*The properties of time are therefore only those of clocks, as the properties of space are only those of measuring instruments*" **Claude Bernard:** "*What we see externally is only the result of the physico-chemical excitations of the inner environment; this is where the physiologist must establish the real determinism of vital functions*" **David A Robinson:** "*Block diagrams of oculomotor organization serve as a compact description of system behavior but seldom have much bearing on the way in which the real system, composed of nerve and muscle, actually operates. The models thus do not contribute much to the neurophysiology (or neurology) of eye movements and incur the danger of suggesting that there actually are segregated portions of the nervous system which perform the differentiation, integration and other operations indicated in the boxes of the diagrams*" ## Education and training ## **2022**: Aix-Marseille University, PhD degree in ***Philosophy (epistemology of cognitive neuroscience)*** **2020:** Aix-Marseille University, Habilitation to supervise research in ***Neuroscience*** **2016:** Aix-Marseille University, Master degree in ***History and philosophy of fundamental sciences*** **1996**: University Claude Bernard Lyon I, PhD degree in ***Neuroscience*** **1992**: University Claude Bernard Lyon I, Master degree in ***Neuroscience*** **1991**: University of Sciences and Technologies of Lille I, Mastery in ***Physiology*** **1990**: University of Human Sciences, Letters and Arts, Lille III, Mastery in ***Experimental Psychology*** ## Academic path ## *My scientific engagement starts in 1983 with the discovery of the kantian conceptions of space (S), time (T) and knowledge acquisition. During an initial training within the domain of psychological sciences, I was sensitized by the Piagetian constructivism and Thom's catastroph theory. However, as soon as I learned the neurophysiological observations that Schiller & Stryker (1972) made in the superior colliculus, I decided to focus on the saccadic orienting reaction and on its intrinsic morphogenesis within the brain networks. My first experience of scientific research then started with Dr Jacques Honoré (CNRS) in the Laboratory of Psychophysiology (headed by Prof. Jean-Marie Coquery) at the University of Lille 1. After obtaining a mastery in Physiology, I joined the laboratory Vision & Motricité (INSERM U94, headed by Prof. Marc Jeannerod) in order to learn the techniques of animal experimentation. Although I was initially engaged by Dr Denis Pélisson (CNRS) to test the role of the nucleus prepositus hypoglossi in the feedback control of eye-head gaze shifts in the cat, the discovery of the article of Pellionisz & Llinas (1982) led me to re-orient my investigations toward the understanding of the cerebellar control of gaze accuracy.* *The spectacular results that we obtained in the cat (tested with the head free to move) after reversible inactivation of the caudal fastigial nucleus inevitably led to the question whether the same observations would also hold in human patients suffering from cerebellar ataxia. Therefore, after a short but intense training to cerebellar electrophysiology with Drs Albert Fuchs and Farrel Ric Robinson in the Department of Physiology and Biophysics at the University of* *Washington in Seattle**, I decided to continue my investigations using the macaque monkey as a* *non-human primate* *model because of the extraordinary amount of knowledge that was already accumulated by my predecessors* *about its visuomotor competences and the underlying neurophysiology**. After three years of post-doctoral training in the laboratory of Dr David Sparks (University of Pennsylvania and Baylor College of Medicine), I returned to France to set up, ex nihilo but with the crucial support of my previous American mentor and his outstanding staff (Kathy Pearson and Dr Rimas Kalesnykas), a research laboratory for the neurophysiological study of gaze visual orientation in the trained macaque monkey. With my first doctoral collaborator,* *Dr Julie Quinet, we took on the toughest challenge : studying the cerebellar control of gaze orientation in macaque monkeys tested with the head completely free to move ...* ## On-going researches #### Epistemological and historical investigations *In the field of cognitive neuroscience, many authors defend the idea that internal representations of our interactions with the extracorporeal environment are present in the brain, gradually adjusted by repeated exercise. From the contacts created by the actions, such as measurements confirming or disappointing more or less expectations, internal models would be built more or less exact. Memory processes would then take over to ensure permanence. While in nature, everything is doomed to change and disintegrate, an entity would resist disintegration, generating in the cerebral functioning, a “space” endowed with a geometry. I address several criticisms to the cognitive sciences for having cerebralized notions pertaining to the physico-mathematical sciences, as if a bridge existed between the concepts that structure these areas of scientific thought and the intrinsic properties of the central nervous system. Beyond the fact that the latter is not created by man, this method is comparable to that which consists in understanding the software program of a computer from its material organization. It is inappropriate because a complex set of meaningful actions is constantly required from outside. Space and physico-mathematical notions are idealities, instruments created or discovered by something that is not biological, i.e., the history and the culture, with its habits, customs and disruptive innovations* #### Neurophysiology of gaze orientation and visuomotor presence: Poly-equilibrium and transitions *How do activities of interconnected microscopic elements (neurons) enable a macroscopic organism to reach a visual object located in its external physical world ? How do we relate neuronal activities with kinematic or dynamic (force) measurements, which are quantifications made within mediums of different scales, temporalities and complexity orders ? Do flows of cerebral activity engender "space" and "time" frames similar to those used by kinematics when it formalizes the movement of a body in the extracorporeal world ?* *In agreement with the doubts expressed by Pellionisz & Llinas (1982) on such an isomorphism, our work first contributed to characterize the neural networks that endow primates and felines with the ability to direct their gaze and head towards the place where a visual object is located (static or in motion), and then to propose a radically new viewpoint, strictly neurophysiological. According to this theory, the orienting movements of the eyes and the head are the physical (measurable) expression of intracerebral processes that consist in re-establishing balances between sensorimotor channels whose activities are mutually opposed. In the medium of cerebral functioning, there is no coding of kinematic parameters to search for within the firing rate of neurons and the assertions to the contrary are not free from major shortcomings. The static orientation of gaze (and head) is the outcome of multiple and simultaneous equilibria (poly-equilibrium) of commands that cancel each other out. From the visual activities to the recruitment of premotor neurons responsible for the horizontal and vertical components of saccadic (fast) and slow movements, no movement is initiated as long as the recruited channels convey commands that counterbalance each other. While a saccade is the behavioral (kinematic and dynamic) expression of intrinsic processes that restore the poly-equilibrium, a slow eye movement is the behavioral outcome of a sustained (and adjusted) imbalance between activities carried by visuomotor channels involved in generating "glissades".* Using reversible and local perturbation techniques (pharmacological inactivation, microstimulation), I aim at defining the neuro-functional organization that enables us to generate actions which are spatiotemporally adapted to the on-going external conditions, on the basis of an afferent neuronal dynamics and a mnemonic dynamics that is actualized in the on-going action. I want to understand how this is made possible, neurophysiologically speaking, i.e., to identify the channels and flows of neuronal activity which are hidden behind these multiple shortcuts, often vague and sterile, like internal model, etc., taking care also of avoiding any teleological argument, even refuting them because the nervous system is not a "machine" akin to most of those invented by *homo faber*. My experimental works are primarily performed in the non-human primate (macaque monkey) in order to identify the underlying neurophysiology and promote the neurology of sensorimotor disorders. Efforts were made to extend it to the insect (*praying mantis*), in collaboration with Drs Y. Yamawaki and T. Carle (Kyushu University, Japan), with the aim to define more fundamentally, with neurobiological terms, the visuomotor presence, i.e., the locus and the instant of sensorimotor interaction which, once again, must not be considered as a point but as a dynamical poly-equilibrium. -
## Repères ## **Emile Durkheim:**"*Les catégories de la pensée humaine ne sont jamais fixées sous une forme définie; elles se font, se défont, se refont sans cesse; elles changent suivant les lieux et les temps". Elles sont ”comme de savants instruments de pensée, que les groupes humains ont laborieusement forgés au cours des siècles et où ils ont accumulé le meilleur de leur capital intellectuel*" **Fernand Doridot & Marco Panza:** "*Les hommes qui ... parviennent à constituer des objets abstraits, et constituent de ce fait des théories mathématiques, sont ... des hommes au pluriel, des hommes concrets agissant dans des conditions historiquement déterminées, et non pas des sortes d'excroissance d'un "sujet cognitif"*" **Alain Bernard, Grégory Chambon & Caroline Ehrhardt:**"*Le caractère abstrait et déductif des mathématiques fait facilement oublier que les nombres n'ont pas de valeur autre que celle que l'on veut bien leur attribuer*" **Moritz Schlick:** "*Toutes les mesures, des plus intuitives aux plus poussées, reposent sur l'observation de coïncidences spatio-temporelles*" **Henri Poincaré:**"*Les propriétés du temps ne sont donc que celles des horloges, comme les propriétés de l’espace ne sont que celles des instruments de mesure*" **Claude Bernard:**"*Ce que nous voyons à l'extérieur n'est que le résultat des excitations physico-chimiques du milieu intérieur ; c'est là que le physiologiste doit établir le véritable déterminisme des fonctions vitales*" **David A Robinson:** "*Les schémas fonctionnels de l'organisation oculomotrice servent de description compacte du comportement du système mais n'ont pas beaucoup d'incidence sur la manière dont le système réel, composé de nerfs et de muscles, fonctionne réellement. Les modèles ne contribuent donc pas beaucoup à la neurophysiologie (ou neurologie) des mouvements oculaires et font courir le danger de suggérer qu'il existe en fait des parties séparées du système nerveux qui effectuent la différenciation, l'intégration et d'autres opérations indiquées dans les cases des diagrammes*" ## Éducation et formation ## **2022** : Aix-Marseille Université, Doctorat en ***Philosophie*** (***épistémologie des neurosciences cognitives***) **2020** : Aix-Marseille Université, Habilitation à diriger des recherches en ***Neurosciences*** **2016** : Aix-Marseille Université, Master ***Histoire et philosophie des sciences fondamentales*** **1996** : Université Claude Bernard Lyon I, Doctorat en ***Neurosciences*** **1992** : Université Claude Bernard Lyon I, Master en ***Neurosciences*** **1991** : Université des Sciences et Technologies de Lille I, Maîtrise de ***Physiologie*** **1990** : Université des Sciences Humaines, Lettres et Arts, Lille III, Maîtrise de ***Psychologie expérimentale*** ### Parcours académique ## *Mon engagement scientifique débute en 1983 avec la découverte des conceptions kantiennes de l'espace (S), du temps (T) et de l'acquisition des connaissances. Lors d'une formation initiale dans le domaine des sciences psychologiques, j'ai été sensibilisé par le constructivisme piagétien et la théorie des catastrophes de René Thom. Aussi, dès que j'ai pris connaissance des observations neurophysiologiques que Schiller & Stryker (1972) ont faites dans le colliculus supérieur, j'ai décidé de me concentrer sur la réaction d'orientation saccadique et sur sa morphogenèse intrinsèque au sein des réseaux cérébraux. Ma première expérience de recherche scientifique débute avec le Dr Jacques Honoré (CNRS) dans le Laboratoire de Psychophysiologie (dirigé par le Pr Jean-Marie Coquery) à l'Université de Lille 1. Après l'obtention d'une maîtrise en Physiologie, j'intègre le laboratoire Vision & Motricité (INSERM U94, dirigée par le Pr Marc Jeannerod) afin d'apprendre les techniques de l'expérimentation animale. Bien qu'engagé initialement par le Dr Denis Pélisson (CNRS) pour tester le rôle du noyau prépositus hypoglossi dans le contrôle rétroactif des déplacements du regard œil-tête chez le chat, la découverte de l'article de Pellionisz & Llinas (1982) m'a conduit à réorienter mes recherches vers la compréhension du contrôle cérébelleux de la précision du regard. Les résultats spectaculaires que nous avons obtenus chez le chat (testé tête libre) après inactivation réversible du noyau fastigial caudal ont inévitablement conduit à se demander si les mêmes observations sont également valables chez des patients humains atteints d'ataxie cérébelleuse. C'est pourquoi, après une formation courte mais intense à l'électrophysiologie cérébelleuse auprès des Drs Albert Fuchs et Farrel Ric Robinson du Département de Physiologie et de Biophysique de l'Université de Washington à Seattle, j'ai décidé de poursuivre mes investigations en utilisant le singe macaque comme modèle primate non humain en raison de l'extraordinaire quantité de connaissances déjà accumulées par mes prédécesseurs sur ses compétences visuomotrices et la neurophysiologie sous-jacente. Après trois ans de formation post-doctorale dans le laboratoire du Dr David Sparks (Université de Pennsylvanie et Baylor College of Medicine), je suis revenu en France pour installer, ex nihilo mais avec le soutien crucial de mon ancien mentor américain et de son équipe hors pair (Kathy Pearson et Dr Rimas Kalesnykas), un laboratoire de recherche pour l'étude neurophysiologique de l'orientation visuelle du regard chez le singe macaque entrainé. Avec ma première collaboratrice, Dr Julie Quinet, nous avons relevé un défi parmi les plus difficiles : étudier le contrôle cérébelleux de l'orientation du regard chez le singe macaque testé avec la tête totalement libre de bouger ...* ## Recherches en cours #### Enquêtes épistémologiques et historiques *Dans le domaine des neurosciences cognitives, de nombreux auteurs défendent la conception selon laquelle, à partir des interactions avec le milieu extracorporel, des représentations internes seraient présentes dans le cerveau, ajustées peu à peu par l’exercice répété. A partir des contacts créés par les actions, tels des mesures confirmant ou décevant plus ou moins des attentes, des modèles internes se constitueraient plus ou moins exacts. Des processus de mémoire prendraient ensuite le relais pour assurer une permanence. Alors que dans la nature, tout est voué à changer et à se désagréger, une entité résisterait au délitement, engendrant dans le fonctionnement cérébral, un “espace” doté d’une géométrie. J'adresse plusieurs critiques aux sciences cognitives pour avoir cérébralisé des notions relevant des sciences physico-mathématiques, comme si une passerelle existait entre les concepts qui structurent ces domaines de la pensée scientifique et les propriétés intrinsèques du système nerveux central. Au-delà du fait que celui-ci ne soit pas créé par l’homme, cette méthode est comparable à celle qui consiste à comprendre le programme logiciel d’un ordinateur à partir de son organisation matérielle. Elle est inappropriée car un ensemble complexe d’actions signifiantes est constamment requis en provenance de l’extérieur. L’espace et les notions physico-mathématiques sont des idéalités, des instruments créés ou découverts par quelque chose qui n’est pas biologique, mais le fait de l’histoire et de la culture, avec ses habitudes, ses coutumes et ses innovations disruptives.* #### Neurophysiologie de l'orientation du regard et de la présence visuomotrice: Poly-équilibre et transitions *Comment les activités d'éléments microscopiques interconnectés (neurones) permettent-elles à un organisme macroscopique d'atteindre un objet visuel situé dans son monde physique extérieur ? Comment relier les activités neuronales aux mesures cinématiques ou dynamiques (de force), qui sont des quantifications effectuées dans des milieux d'échelles, de temporalités et d'ordres de complexité différents ? Les flux d'activité cérébrale engendrent-ils des cadres « spatial » et « temporel » semblables à celles utilisées par la cinématique lorsqu'elle formalise le mouvement d'un corps dans le monde extracorporel ?* *Conformément aux doutes exprimés par Pellionisz & Llinas (1982) à propos d'un tel isomorphisme, nos travaux ont d'abord contribué à caractériser les réseaux de neurones qui dotent les primates et les félins de la capacité à diriger leur regard vers l'endroit où se situe un objet visuel (statique ou en mouvement), puis de proposer un point de vue radicalement nouveau, strictement neurophysiologique. Selon cette théorie, les mouvements d'orientation des yeux et de la tête sont l'expression physique (mesurable) de processus intracérébraux qui consistent à rétablir des équilibres entre des canaux sensori-moteurs dont les activités s'opposent mutuellement. Dans le milieu du fonctionnement cérébral, il n'y a pas de codage de paramètres cinématiques à rechercher dans la cadence d'emission des potentiels d'action émis par les neurones centraux et les affirmations contraires ne sont pas exemptes de lacunes majeures. L'orientation statique du regard (et de la tête) est le résultat d'équilibres multiples et simultanés (poly-équilibre) de commandes qui s'annulent. Des activités visuelles jusqu'au recrutement des neurones prémoteurs responsables des composantes horizontales et verticales des mouvements saccadiques (rapides) et lents, aucun mouvement n'est initié tant que les canaux recrutés véhiculent des commandes qui se contrebalancent. Alors qu'une saccade est l'expression comportementale (cinématique et dynamique) de processus intrinsèques qui rétablissent le poly-équilibre, un mouvement oculaire lent est le résultat comportemental d'un déséquilibre soutenu (et ajusté) entre les activités portées par les canaux visuomoteurs impliqués dans la génération de "glissades" .* A l'aide de techniques de perturbation réversible et locale (inactivation pharmacologique, microstimulation), je cherche à définir l'organisation neuro-fonctionnelle qui permet de produire des actions spatio-temporellement adaptées aux conditions extérieures en cours, sur la base d'une dynamique neuronale afférente et d'une dynamique mnésique qui s'actualise dans l'action en cours. Je veux comprendre comment cela est rendu possible, neurophysiologiquement parlant, c'est-à-dire identifier les canaux et les flux d'activité neuronale qui se cachent derrière ces multiples raccourcis, souvent flous et neurophysiologiquement stériles, comme le modèle interne, etc., en veillant aussi à éviter tout argument téléologique, les réfutant même car le système nerveux n'est pas une "machine" semblable à la plupart de celles inventées par *homo faber*. Mes travaux expérimentaux sont principalement réalisés chez le primate non humain (singe macaque) afin d'identifier la neurophysiologie sous-jacente et de faire avancer la neurologie des troubles sensorimoteurs. Des efforts ont été faits pour l'étendre à l'insecte (*mante religieuse*), en collaboration avec les Drs Y. Yamawaki et T. Carle (Université de Kyushu, Japon), dans le but de définir plus fondamentalement, avec des termes neurobiologiques, la présence visuomotrice, c'est-à-dire le lieu et l'instant d'interaction sensorimotrice qui, encore une fois, ne doit pas être considéré comme un point mais comme un poly-équilibre dynamique.

Domaines de recherche

Neurosciences Sciences cognitives Histoire, Philosophie et Sociologie des sciences

Compétences

électrophysiologie unitaire microstimulation électrique intracérébrale inactivation pharmacologique réversible entrainement de singes (macaques rhésus) analyse de données évaluation critique de textes neuroscientifiques

Publications

32690
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Bilateral control of interceptive saccades: evidence from the ipsipulsion of vertical saccades after caudal fastigial inactivation

Clara Bourrelly , Julie Quinet , Laurent Goffart
Journal of Neurophysiology, 2021, Control of movement, 125 (6), pp.2068-2083. ⟨10.1152/jn.00037.2021⟩
Article dans une revue hal-03168070v2

Learning the trajectory of a moving visual target and evolution of its tracking in the monkey

Clara Bourrelly , Julie Quinet , Patrick Cavanagh , Laurent Goffart
Journal of Neurophysiology, 2016, 116 (6), pp.2739 - 2751. ⟨10.1152/jn.00519.2016⟩
Article dans une revue hal-01427801v1
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A parsimonious computational model of visual target position encoding in the superior colliculus

Wahiba Taouali , Laurent Goffart , Frédéric Alexandre , Nicolas P. Rougier
Biological Cybernetics (Modeling), 2015, 109 (4-5), ⟨10.1007/s00422-015-0660-8⟩
Article dans une revue hal-01201785v1

Does the Brain Extrapolate the Position of a Transient Moving Target?

Julie Quinet , Laurent Goffart
Journal of Neuroscience, 2015, 35 (34), pp.11780 - 11790. ⟨10.1523/JNEUROSCI.1212-15.2015⟩
Article dans une revue hal-01427775v1

Cerebellar control of saccade dynamics: contribution of the fastigial oculomotor region

Julie Quinet , Laurent Goffart
Journal of Neurophysiology, 2015, 113 (9), pp.3323 - 3336. ⟨10.1152/jn.01021.2014⟩
Article dans une revue hal-01427782v1

Visual Fixation as Equilibrium: Evidence from Superior Colliculus Inactivation

Laurent Goffart , Ziad M Hafed , Richard J Krauzlis
Journal of Neuroscience, 2012, 32 (31), pp.10627 - 10636. ⟨10.1523/jneurosci.0696-12.2012⟩
Article dans une revue hal-01427763v1
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Neural processes underlying the foveation and tracking of a moving visual target

Laurent Goffart
Bilateral symposium in Neuroscience (Aix-Marseille University & University of Tübingen), Oct 2019, Marseille, France
Communication dans un congrès hal-03654895v1

La cinématique est-elle en-corporée dans le cerveau?

Laurent Goffart
Journée d'étude "Embodiment", Pierre Leger (CGGG), Marie-Charlotte Cuartero (LPL) et Ana Zappa (LPL), May 2019, Aix-en-Provence, France
Communication dans un congrès hal-03652188v1

Does the brain perform arithmetical computations with neurally embedded kinematic parameters?

Laurent Goffart
Meeting of the GDR Vision, Oct 2019, Marseille, France
Communication dans un congrès hal-03652194v1

Cerebellar control of saccades by the size of the active population in the caudal fastigial nucleus

Laurent Goffart , Clara Bourrelly , Julie Quinet
European Conference on Eye Movements, 2019, Alicante, Spain
Communication dans un congrès hal-03652182v1

Neurophysiologie de la locosynchronisation visuomotrice

Laurent Goffart , Clara Bourrelly
Journées Complexité - Désordre (Jean-Claude Lévy), Jan 2018, Paris, France
Communication dans un congrès hal-03652221v1
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Cerebellar control of saccades by the size of the active population in the caudal fastigial nucleus

Laurent Goffart , Julie Quinet , Clara Bourrelly
Society for Neuroscience Meeting, Nov 2017, Washington DC, United States
Poster de conférence hal-03654905v1
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Foveating a moving target here-and-now

Laurent Goffart , Quinet Julie , Bourrelly Clara
Vision Sciences Society Annual Meeting 2014, May 2014, St. Pete Beach, United States
Poster de conférence hal-04190320v1