Ce mémoire synthétise les dix dernières années de mon activité de recherche en neurosciences computationnelles, menée en collaboration avec des collègues de plusieurs disciplines, dont les doctorants que j’ai pu encadrer, et mise en perspective dans un projet de plus grande ampleur à la croisée de la modélisation mathématique, de l’informatique,des neurosciences fondamentales et d’applications en neurologie et psychiatrie. Je m’intéresse de manière générale à l’influence des propriétés intrinsèques microscopiques et aux interactions neuronales mésoscopiques dans la génération des oscillations observées, au niveau macroscopique, dans les enregistrements physiologiques. Cette approche de modélisation multi-échelle vise à élucider des mécanismes physiologiques du fonctionnement cérébral sain ou pathologique, à compléter ou orienter la démarche expérimentale en biologie et à tester des hypothèses aujourd’hui encore inaccessibles à l’observation expérimentale. Après être revenue, en introduction, sur nos motivations et la définition de “rythmes” ou “oscillations”, la première partie résume les contributions apportées par nos travaux de modélisation des rythmes cérébraux. Celles-ci portent à la fois sur le plan du développement méthodologique en modélisation, notamment sur l’étude des capacités de synchronisation de certains modèles de neurones couramment utilisés ou l’utilisation de techniques d’optimisation stochastique pour l’ajustement des paramètres de modèles neuronaux, et, sur le plan théorique, sur la compréhension des mécanismes de genèse et maintien des oscillations qui sous-tendent certaines tâches cognitives (encodage mnésique) ou fonctions motrices (tremblements dans la maladie de Parkinson),états de conscience (sommeil, anesthésie générale) ou pathologies neurologiques (épilepsies du lobe temporal mésian, maladie de Parkinson). Les modèles développés prennent en compte autant les propriétés singulières des cellules que leurs relations (connectivité)et leur environnement (anatomie des structures étudiées, hippocampe et ganglions de la base, voire simulation de la mesure par une électrode), c’est-à-dire le substrat, l’instrument, qui permettent de reproduire les observables, oscillations comparables à de la musique. La seconde partie décrit le projet de recherche envisagé, à la fois dans le prolongement et dans l’élargissement du spectre des domaines abordés, plus particulièrement dans le champ de la neurologie et de la psychiatrie. En effet, nos travaux antérieurs ont mis en évidence, à l’échelle microscopique, des points communs aux phénomènes pathologiques considérés qu’il semblerait inopportun de négliger dans la modélisation si l’on souhaite comprendre les mécanismes impliqués dans les observations macroscopiques et les réponses comportementales. Il s’agit essentiellement de l’influence de l’environnement,d’une part, ou des spécificités génétiques des individus, d’autre part, sur l’expression des canaux ioniques cellulaires, en particulier calciques et potassiques, et l’homéostasie ionique. Cette partie du manuscrit fait également apparaître des résultats préliminaires