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Fonctions physiologiques

La fonction physiologique met en relation, de manière intégrée, les niveaux cellulaires et tissulaires d'une part, et, d'autre part, le niveau supérieur de l'organisme à travers son comportement dans un environnement donné. L'étude des fonctions physiologiques, en tant qu'expressions de systèmes complexes, implique de concevoir et de mettre en oeuvre une stratégie de va-et-vient entre instrumentation, expérimentation et modélisation, guidée par les avancées des technologies, par les nouvelles théories du domaine et par les progrès des outils de modélisation et de simulation. Les grands défis de cette étude sont les suivants : i) intégration de modalités d'observation simultanées à différentes échelles spatio-temporelles, ii) identification, expression et formalisation du contexte intervenant dans la mise en place et sur la réalisation d'une fonction, iii) étude des rapports entre la genèse des fonctions et leurs dysfonctionnements. Les résultats attendus consistent en une meilleure observation et compréhension des fonctions dans des environnements allant des plus restrictifs aux plus étendus, de l'organe isolé in vivo jusqu'à des systèmes physiologiques multi-organes in situ, à travers une amélioration conjointe des processus d'acquisition et des formalismes.

Intégration de modalités d'observation simultanées à différentes échelles spatio-temporelles


Une vision intégrée des mécanismes subcellulaires comme supracellulaires suppose soit de pouvoir replacer dans un même référentiel spatial et temporel des données de nature différente, acquises séparément, soit de disposer de moyens d'observation multi-modaux.

Dans le premier cas, de nombreuses méthodes sont disponibles allant des algorithmes de mise en correspondance spatio-temporelle à la fusion d'informations avec toutes les erreurs de recalage (rigide ou élastique) qu'elles peuvent induire.

La seconde option représente un véritable défi: elle consiste en la conception d'une instrumentation de nouvelle génération conduisant d'une part à des observations simultanées des variables essentielles (chimiques, physiques, électriques, mécaniques, etc.) à une échelle donnée et, d'autre part, à des échelles différentes de temps comme d'espace. Une telle démarche a été récemment entreprise en médecine au niveau d'observations macroscopiques avec les techniques optique-PET ou PET-CT et, pour les variables physiologiques vitales, avec les développements de capteurs intégrés ambulatoires dont l'avantage est de faire des observations dans des environnements naturels.
De même, dans le domaine végétal, des capteurs sur des plates-formes phénotypiques permettent, en environnement naturel, le suivi de flux d'éléments entre feuilles et racines à différentes échelles de temps.

Un couplage direct des modèles avec des observations synchrones, multi-modales, multi-échelles, permettra une construction et une reconstruction robustes.

Identification, expression et formalisation du contexte intervenant sur la réalisation d'une fonction.


L'objectif est ici l'étude de la fonction, vue comme une intégration de sous-fonctions, dans différents contextes : physiologiques et environnementaux, co-évolutifs, génétiques ... On considérera par exemple des moyens d'influence du contexte de type repos/mouvement, diète/nutrition, entraînements temporels, changements de milieu physique, présence/absence de pathogènes, etc...

Une autre approche de variation des contextes est fournie par la physiologie comparée, permettant d'étudier la préservation/adaptation physiologique de fonctions comme la respiration, la locomotion ou encore la maturation du fruit.

Une dernière approche consiste à extraire des variables de haut niveau, appelées "variables thermodynamiques", permettant d'utiliser des notions telles que l'allométrie (conservation de caractéristiques malgré les variations de taille), ou de manière plus générale la conservation d'invariants ou de relations entre grandeurs physiologiques.

Etude des rapports entre la genèse des fonctions et leurs dysfonctionnements.


L'étude d'une fonction peut se faire dans le cadre de l'ontogénèse, depuis sa maturation jusqu'à sa dégradation, en passant par son fonctionnement normal à l'état adulte.

Cette étude peut aussi se faire dans les modes dégradés de la fonction, en particulier dans différentes pathologies l'affectant.

Exemples :
- embryologie du coeur : apparition progressive de la fonction cardiaque avec la prise en compte des problèmes d'interpolation entre des données partielles sur l'embryologie du coeur (architecture anatomique, fonction électrophysiologique sinusale, etc...)
- schizophrénie : effets sur les plus hauts niveaux de fonctions de l'organisme de l'altération induite par la pathologie à des étages fonctionnels neurologiques élémentaires .

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