TITAN

L’Hôpital Fondation Adolphe de Rothschild a souhaité permettre au service de neurochirurgie de disposer d’une infrastructure de recherche fondamentale. Le laboratoire TITAN (Translational Innovations and Technologies in Artificial-intelligence and Neuroscience) a été créé en 2023.

Il permet en un lieu unique de développer de nouvelles approches d’enregistrement cérébraux et d’analyse de ces derniers à travers de nouvelles architectures de modèles en intelligence artificiel. Outre une meilleure compréhension théorique du fonctionnement du cerveau, le but est d’obtenir des avancées dans les interfaces cerveau machine (pour la compensation du handicap) et dans l’identification des zones épileptiques en neurochirurgie.

•    Ce laboratoire de recherche s’est spécialisé en intelligence artificielle et dans le développement de nouvelles techniques l’enregistrement du cortex cérébral humain. Ces techniques sont pour certaines neurochirurgicales et invasives (enregistrement neuronaux unitaires, micro-électrocorticographie, électrohpysiologie laminiare) ou non-invasifs (MEG OPM rubidium). Les enregistrements obtenus permettent la création de modèles de décodage neural (pouvoir reconstruire sur la base de ces enregistrement la représentation mentale perçue par un sujet) et d’encodage neural (pouvoir prédire l’activation du cerveau dans ces circonstances données). Ces modèles sont utiles pour le développement d’interfaces cerveau machine, mais aussi pour disposer d’un double digital des patients atteint de maladies neurologiques tel l’épilepsie.

•    Le laboratoire de recherche du Dr Bourdillon est affilié à l’UMR8002 INCC, CNRS, Université Paris Cité.

•    Le Digital Brain Project est un vaste projet collaboratif international visant à l’acquisition de données expérimentales permettant de construire un modèle de cerveau digital dont le comportement reproduit celui du cerveau biologique humain. 

Axes de recherche

Les travaux du laboratoire TITAN visent à développer de nouvelles approches d'enregistrement du cortex cérébral humain et de nouvelles architectures en intelligence artificielle pour l'encodage et le décodage neural. Ces approches consistent à prédire les représentations mentales sur la base des enregistrements du cerveau (décodage neural) mais aussi à pouvoir reconstruire l'activité théorique du cerveau dans des conditions données (encodage neural). Outre les avancées théoriques, un aspect translationnel vise à appliquer ces nouvelles connaissances dans le domaine médical et en particulier de la prise en charge des épilepsies pharmacorésistantes. Le premier axe de travail est le développement de nouvelles modalités d'enregistrement. Il s'agit d'une part d'enregistrements non invasifs et notamment la magnétoencéphalographie (MEG). Cette technique mesure les variations de champs magnétiques causés par l'activité neuronale. La technologie choisie ici pour la MEG est une technologie à pompage optique rubidium qui permet à la fois une grande souplesse d'enregistrement à la fois chez l'adulte et chez l'enfant et l'obtention d'un excellent rapport signal sur bruit. Par ailleurs sur le plan chirurgical, nous développons de nouvelles modalités d'enregistrement du cerveau humain avec à la fois des enregistrements de neurones uniques au cours des enregistrements de routine réalisés dans l'exploration des épilepsies (SEEG), de la micro-électrocorticographie (µECoG) permettant l'enregistrement à l'échelle des colonnes corticales et des enregistrements laminaires permettant l'enregistrement à l'intérieur des colonnes corticales.

Ces nouveaux enregistrements fournissent des données très précieuses et une large partie du travail consiste à développer de nouveaux modèles d'intelligence artificielle permettant de décoder les représentations mentales. Cela consiste par exemple à reconstruire une image vue par un sujet sur la seule base de l'enregistrement de son activité corticale. Par ailleurs, des modèles d'encodage permettant de prédire l'activité du cerveau dans des conditions données sont également élaborés. Ces deux approches s'inscrivent bien évidemment dans une perspective de compensation du handicap neurologique par interface cerveau-machine tout en ouvrant des perspectives remarquables sur la compréhension du fonctionnement normal du cerveau humain.

Outre ces aspects de recherche fondamentale, il existe un aspect translationnel visant notamment à pouvoir identifier les marqueurs des zones responsables de l'épilepsie de manière à pouvoir guider le traitement chirurgical de cette maladie. Par ailleurs, l'obtention d'un modèle permettant de prédire l'activité cérébrale dans des conditions données permet de créer des doubles digitaux au niveau individuel et d'envisager une application en médecine de précision notamment dans le domaine de l'épilepsie. Par exemple, sur les enregistrements laminaires, un marqueur de l'origine des crises d'épilepsie a pu être identifié. Au-delà de ces axes de travail développés au sein du laboratoire, une initiative sur le plan international (The Digital Brain Project) a été lancée et est coordonnée par notre institution de manière à pouvoir acquérir un jeu de données extrêmement précises du cerveau permettant le développement de modèles d'encodage neural avec une précision encore inégalée.

Publications & résultats

• Temporal structure of the language hierarchy within small cortical patches J. Gadonneix, M. Zhang, J. Rapin, L. Evanson, P. Bourdillon, J.-R. King 2026 — arXiv preprint arXiv:2604.03021
• Atlas of intracranial electroencephalography complexity across cortical regions and global states of consciousness in the human brain L. Jeantin, P. Bourdillon, M. Guenot, H. Bastuji, J. D. Sitt, L. Naccache 2026 — PNAS Nexus
• From Minutes to Days: Scaling Intracranial Speech Decoding with Supervised Pretraining L. Evanson, M. Zhang, H. Banville, S. Panchavati, P. Bourdillon, J.-R. King 2025 — arXiv preprint arXiv:2512.15830
• From thought to action: How a hierarchy of neural dynamics supports language production M. Zhang, J. Lévy, S. d’Ascoli, J. Rapin, F.-X. Alario, P. Bourdillon, J.-R. King 2025 — arXiv preprint arXiv:2502.07429
• Brain-to-Text Decoding: A Non-invasive Approach via Typing J. Lévy, M. Zhang, S. Pinet, J. Rapin, H. Banville, S. d’Ascoli, J.-R. King 2025 — arXiv preprint arXiv:2502.17480
• Emergence of Language in the Developing Brain L. Evanson, C. Bulteau, M. Chipaux, G. Dorfmüller, S. Ferrand-Sorbets, E. Raffo, S. Rosenberg, P. Bourdillon, J.-R. King 2025 — arXiv preprint arXiv:2512.05718
• Inter-seizure variability in thalamic recruitment and its implications for precision thalamic neuromodulation P. Salami, A. C. Paulk, D. J. Soper, P. Bourdillon, P. N. Hadar, O. A. Alamoudi, N. D. Sisterson, R. M. Richardson, S. Pati, S. S. Cash 2025 — Communications Medicine
• Decoding individual words from non-invasive brain recordings across 723 participants S. d’Ascoli, C. Bel, J. Rapin, H. Banville, Y. Benchetrit, C. Pallier, J.-R. King 2024 — arXiv preprint arXiv:2412.17829
• Differential cortical layer engagement during seizure initiation and spread in humans P. Bourdillon, L. Ren, M. Halgren, A. C. Paulk, P. Salami, I. Ulbert, D. Fabó, J.-R. King, K. M. Sjoberg, E. N. Eskandar, J. R. Madsen, E. Halgren, S. S. Cash 2024 — Nature Communications
• New modalities of cortical electrophysiology, perspectives in medical research and human physiology P. Bourdillon, L. Evanson 2024 — arXiv preprint arXiv:2402.03051

Collaboration & partenariats

Le laboratoire TITAN a été développé à l'université Paris Cité au sein de l'UMR 8002. Les principaux collaborateurs académiques sont l'École normale supérieure de Paris, l'institut de neuromodulation de l'université Paris Cité, FAIR et l'université de Harvard. Partenariats Technologiques : le laboratoire TITAN bénéficie de technologies de pointe avec notamment CERCA Magnetics/QUSPIN (MEG OPM-rubidium), IMEC (Neuropixels), Alcis et Dixi Medical (enregistrements neuronaux unitaires), g.tec et Panaxium (µECoG).