Thèse Analyse des Communautés dans les Réseaux Vasculaires et de leur Influence sur la Circulation Sanguine dans le Cerveau et sur les Maladies Dégénératives. H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Toulouse École doctorale : SDM - SCIENCES DE LA MATIERE - Toulouse Laboratoire de recherche : LPT - Laboratoire de Physique Théorique Direction de la thèse : Bertrand GEORGEOT ORCID 0000000258869118 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-15T23:59:59 Le sujet de thèse vise à étudier le réseau vasculaire cérébral avec les outils de la physique des réseaux. En particulier, on cherchera à analyser les communautés présentes dans les réseaux cérébrovasculaires et à comprendre leur rôle dans la diminution du débit sanguin dans le cerveau. Cette diminution joue un rôle important dans le déclenchement des maladies cérébro-vasculaires, telles que la démence par hypoperfusion ou la maladie d'Alzheimer. L'équipe encadrante comprend une spécialiste de la mécanique des écoulements sanguins [1,2] et des physiciens experts de la théorie des réseaux [3,4]. Une étude a déjà été réalisée [5] par les encadrants, montrant l'importance de la présence de communautés sur cette diminution de débits dans un cas particulier. La thèse visera à analyser l'importance de cette structure en communauté, leur origine biologique, et leur rôle dans la diminution du débit sanguin dans des cas plus génériques. La thèse utilisera en parallèle des outils mathématiques issus de la théorie des réseaux, et des données expérimentales provenant de réseaux vasculaires réels.

Cette thèse s'inscrit dans un projet interdisciplinaire visant à ouvrir une nouvelle approche à l'étude de la circulation sanguine dans le cerveau et son effet sur les maladies dégénératives. La thèse sera encadrée par une équipe de chercheurs du Laboratoire de Physique Théorique et de l'Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse, qui a des liens avec des laboratoires de biologie et de médecine étudiant le cerveau en France et à l'étranger. La thèse se fera également en collaboration avec Olivier Giraud du Laboratoire de Physique Théorique et Modèles Statistiques à Paris-Saclay. Le projet demandera à la fois des simulations numériques et des calculs analytiques.
La physique des réseaux a connu des avancées importantes ces dernières années, motivées en particulier par leur application à de nombreux systèmes créés par nos sociétés (réseaux sociaux, de transport, électriques, World Wide Web, etc...). De nombreux outils ont été développés, permettant de sonder la structure de ces systèmes de plusieurs points de vue. Un des éléments importants dans cette thématique est la présence de communautés, regroupant des sites reliés de manière plus dense entre eux qu'avec les autres sites. Ce concept très naturel dans le cadre des réseaux sociaux se retrouve aussi dans d'autres systèmes, et peut avoir des conséquences importantes sur les propriétés physiques du réseau. En parallèle, le développement récent d'outils de plus en plus raffinés d'imagerie et d'exploration biologique (microscopie bi-photonique et microscopie à feuille de lumière) a permis l'obtention de reconstructions tri-dimensionnelles quantitative du réseau vasculaire dans des régions de plus en plus grandes (du mm3 au cerveau entier chez la souris).. L'étude structurelle de ces réseaux commence seulement à être possible, et permet d'apporter un éclairage nouveau à des questions importantes sur les maladies touchant en particulier le cerveau humain.
Sylvie Lorthois travaille depuis plusieurs années sur la compréhension de l'architecture et des écoulements micro-vasculaires, en particulier du cerveau. Elle a publié de nombreux articles sur ce sujet, en collaboration avec d'autres mécaniciens des fluides, des spécialistes de rhéologie, et des équipes de biologistes et médecins, notamment aux Etats-Unis (Cornell, Massachussets General Hospital, Seattle Children's Hospital). Elle est l'autrice d'une quarantaine d'articles dans des revues internationales à comité de lecture.
Bertrand Georgeot est un spécialiste de la physique des systèmes complexes, qui a travaillé sur le chaos classique et quantique, les propriétés quantiques des graphes désordonnés, et la physique des réseaux, appliquant les outils de ce domaine au World Wide Web, à la simulation de jeux comme le jeu de go, et aux partitions musicales. Il est l'auteur de 120 articles dans des revues internationales à comité de lecture.
Les deux équipes du LPT et de l'IMFT ont commencé à collaborer récemment ; elles ont étudié cette question et ont cherché à déterminer comment la variabilité de la baisse du débit sanguin cérébral est contrôlée par les propriétés fondamentales des réseaux cérébro-vasculaires. En particulier, nous avons étudié le rôle des communautés de ces réseaux, c'est-à-dire des sous-structures dont les noeuds sont plus connectés les uns aux autres qu'aux autres noeuds. De telles structures ont été identifiées dans des réseaux capillaires et dans de nombreux autres réseaux réels. Dans les réseaux sociaux, par exemple, ces communautés représentent des groupes d'utilisateurs ayant des affinités spécifiques, dont l'identification est un domaine de recherche important. Ces premiers résultats ont été publiés dans un article récent (F. Goirand, B. Georgeot, O. Giraud and F. Lorthois Brain Multiphysics 2: 100028 (2021)).

Compétences analytiques et numériques.