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A Role for Cortical Inhibition in Shaping Temporal Dynamics of Neuronal Responses to Communication Sounds in the Auditory Cortex
No full textDepuis quelques années, l’étude du code neuronal impliqué dans la perception des signaux de communication acoustique est devenue un domaine de recherche considérable. La littérature récente de ce domaine suggère que la discrimination entre ces signaux reposerait plutôt sur une organisation des décharges neuronales en motifs temporels que sur des variations globales de taux de décharge. Ma thèse a eu pour objectif de déterminer dans quelle mesure une régulation des inhibitions corticales peut (i) changer les motifs temporels déclenchés par des vocalisations conspécifiques et hétérospécifiques et (ii) modifier l’information portée par ces motifs sur l’identité des vocalisations. Nous avons enregistré l’activité neuronale dans le cortex auditif de cobayes anesthésiés en 16 sites corticaux lors de la présentation d’un jeu de vocalisations, et avons partiellement bloqué les inhibitions corticales par des applications de Gabazine (4minutes, 10µm). Dans ces conditions, les réponses évoquées sont plus fortes et les motifs temporels plus marqués. L’information mutuelle quantifiée au niveau de chaque site cortical est augmentée mais l’information populationnelle au niveau de l’ensemble des 16 sites enregistrés n’est pas modifiée, un effet qui peut s’expliquer par le fait que la redondance entre les sites corticaux est augmentée. Nous avons ensuite évalué dans quelle mesure une modulation noradrénergique était susceptible de mimer les effets d’un blocage partiel des inhibitions. Bien que les agonistes utilisés (α1, α2 et ) aient tous induit des modifications des réponses évoquées et de la reproductibilité des motifs temporels, aucun d’entre eux n’a induit de changements importants de l’information portée par les réponses neuronales aux vocalisations. En revanche, les effets induits par la phenylephrine, un agoniste α1, sont vraisemblablement sous-tendus par une action sur les inhibitions intra-corticales, ce qui rend plausible l’hypothèse d’une modulation noradrénergique des inhibitions corticales. Il est donc envisageable que l’action coordonnée de plusieurs systèmes neuromodulateurs puisse moduler les inhibitions corticales et ainsi changer la quantité d’information portée par les neurones corticaux sur l’identité des stimuli à discriminer.Over the last 10 years, the neural code involved in the perception of acoustic communication signals has become a large area of researches. The recent literature suggests that the discrimination between these signals relies more on the temporal organization of neuronal discharges rather than on global changes of firing rate. My PhD thesis aimed at determining to what extent the regulation of cortical inhibition may (i) change the temporal patterns triggered by conspecific and heterospecific vocalizations and (ii) modify the information carried by these patterns on the vocalization identity. Neuronal activity was recorded in the auditory cortex of anesthetized guinea pigs in 16 cortical sites during presentation of a set of vocalizations, and a partial blockage of intra-cortical inhibition was performed by Gabazine application (4 minutes, 10μm). Under these conditions, evoked responses were stronger and the temporal patterns were reinforced. Mutual information quantified at each cortical site was increased but the information computed at the populationnal level did not change, an effect that could be explained by the fact that the redundancy between cortical sites was increased. We then assessed to which extent the noradrenergic modulation can mimic the effects of a partial blockage of inhibitions. Although all the tested drugs modulated both the evoked responses and the spike-timing reliability, none of the noradrenergic agonists used here (α1, α2 and ) induced significant changes in the information carried by neuronal responses. However, the effects induced by phenylephrine, an α1 agonist, seemed to involve an action on the intra-cortical inhibition, which suggests that a noradrenergic modulation of cortical inhibition can operate in the auditory cortex. It is therefore possible to envision that the coordinated action of several neuromodulatory systems modulates cortical inhibition and thus changes the information carried by cortical neurons on the stimuli identity
Discrimination and Robustness Evaluation of Neuronal Responses of the Auditory System in Acoustic Degradation Situations
No full textCes travaux de recherche ont eu pour objectif d’évaluer les capacités de discrimination des réponses des neurones et leur robustesse dans le bruit à chaque étage du système auditif. Nous avons ainsi quantifié la capacité de discrimination neuronale entre quatre vocalisations cibles conspécifiques masquées par un bruit stationnaire depuis le noyau cochléaire jusqu’au cortex auditif secondaire chez le cobaye anesthésié. La discrimination des vocalisations cibles par les populations neuronales a été fortement diminuée par le bruit dans toutes les structures, mais les populations du colliculus inférieur et du thalamus ont montré de meilleures performances que les populations corticales. La comparaison avec les réponses neuronales obtenues avec les vocalisations vocodées (38, 20 ou 10 bandes de fréquences) a révélé que la réduction des capacités de discrimination neuronale était principalement due à l'atténuation des modulations d'amplitude lente (< 20 Hz). En outre, nous avons quantifié la robustesse des réponses neuronales grâce à une méthode de classification automatique réalisée sur l’ensemble des données obtenues en présence du bruit stationnaire et d’un autre bruit appelé chorus. Cela a mis en évidence cinq catégories de comportements neuronaux (des plus robustes aux plus sensibles) et leurs proportions respectives sur l’ensemble du système auditif ainsi qu’au sein de chaque structure auditive. Cette analyse a montré également qu’il existait des neurones robustes à tous les étages du système auditif, bien qu’une proportion plus importante soit retrouvée au niveau du colliculus inférieur et du thalamus. Par ailleurs, la proportion de neurones robustes est plus faible dans le bruit chorus ce qui laisse suggérer que ce dernier est plus pénalisant que le bruit stationnaire. Il est important de souligner qu’une proportion non négligeable de neurones sous-corticaux et corticaux changent de comportement d’un bruit à l’autre de sorte que le comportement de ces neurones dans un bruit particulier est peu prédictible. Ces résultats démontrent donc que la discrimination neuronale en situation de dégradation acoustique est principalement déterminée par l’altération des modulations lentes d'amplitude à la fois au niveau sous-cortical et cortical et suggèrent que les structures sous-corticales contribuent de façon importante à la perception robuste d’un signal cible dans le bruit.This research aimed at evaluating the discrimination abilities of neuronal responses and their robustness to noise at each stage of the auditory system, from the cochlear nucleus to the secondary auditory cortex. We quantified the neuronal discrimination performance between four conspecific vocalizations masked by a stationary noise in anesthetized guinea pig. Discrimination of target vocalizations by neuronal populations was significantly reduced by noise in all structures, but collicular and thalamic populations displayed better performance than cortical populations. The comparison with neuronal responses obtained with vocoded vocalizations (using 38, 20 or 10 frequency bands) revealed that the reduction in discrimination performance was mainly due to the attenuation of slow amplitude modulations (<20 Hz). In addition, we quantified the robustness of neuronal responses using an automatic classification method performed on the whole database obtained in presence of stationary noise and of another noise called “chorus” noise. This highlighted five categories of neural behavior (from robustness to sensitivity) and their respective proportions across the auditory system as well as within each auditory structure. This analysis demonstrated that robust neurons do exist at all stages of the auditory system, although a higher proportion was found in the inferior colliculus and thalamus. Moreover, the proportion of robust neurons is lower in the chorus noise, which suggests that the latter is more penalizing than the stationary noise. It is worth to point out that a significant proportion of subcortical and cortical neurons changed category from one background noise to another, so that the behavior of these neurons in a particular noise was unpredictable. These results provide clear evidence that neuronal discrimination in degraded acoustic conditions is mainly determined by alterations of slow amplitude modulations both at the subcortical and cortical level, and suggest that the subcortical structures significantly contribute to the robust perception of a target signal in noise
Investigating the evoked responses in the primary auditory cortex obtained by electrical stimulations through a cochlear implant
No full textL'implant cochléaire, qui restaure l'audition en cas de surdité sévère ou profonde, est la neuroprothèse la plus utilisée actuellement dans le monde. On peut prévoir une augmentation des sujets implantés dans le futur à cause du vieillissement de la population et des nuisances sonores de plus en plus importantes. Bien que les sujets implantés puissent avoir une bonne compréhension de la parole dans le silence, leur compréhension reste moindre dans un milieu bruité. Des améliorations techniques considérables et la recherche d'indices objectifs sont donc nécessaires, rendant les modèles animaux indispensables à cette fin.Le but de cette thèse est d'étudier les réponses des neurones corticaux lors de l'utilisation de différentes formes de pulses électrique : le pulse biphasique rectangulaire, classiquement utilisé en clinique, est comparé à quatre formes de pulse biphasique en rampe, la première phase de tous ces pulses est soit anodique soit cathodique.Quel que soit le pulse en rampe, nous avons pu observer : (i) une augmentation du taux de décharges maximal des neurones corticaux, (ii) une diminution du seuil de réponse, (iii) un niveau de charge injectée plus bas pour atteindre le taux de décharge maximal, (iv) aucun changement significatif concernant la gamme dynamique, (v) une diminution des latences des réponses en fonction de la charge injecté et (vi) une reproductibilité plus grande en comparaison avec un pulse rectangulaire. De plus, en comparant les réponses évoquées par la stimulation électrique et par la stimulation acoustique, nous avons montré que (vii) le taux de décharges neurones est inchangé, (viii) les latences sont plus basses avec la stimulation électrique et (viii) il n'y a aucune différence sur la reproductibilité temporelle. L'utilisation d'un pulse en rampe par l'implant cochléaire demeure donc une piste prometteuse à explorer pour les prochaines années.Cochlear implant, which restores hearing in cases of severe or profound deafness, is the most widely used neuroprosthesis in the world today. An increase in the number of implanted subjects should be expected in the future due to general aging and increase in noise pollution. Although the implanted subjects can have a good understanding of speech in silence, their understanding is usually poor in noisy environments. Considerable technical improvements and the search for objective measures are therefore necessary, making animal models mandatory for this purpose.This thesis aims at studying the responses of cortical neurons during the use of different shapes of electrical pulses: the rectangular biphasic pulse, classically used in clinic and four shapes of biphasic ramped pulses, the first phase of these pulse was either anodic or cathodic.With each ramped pulse, we observed: (i) an increase in the cortical neurons maximum firing rate, (ii) a decrease in response threshold, (iii) a lower level of injected charge to reach the maximum firing rate, (iv) no significant change in dynamic range, (v) a decrease in response latencies as a function of the increase in injected charge and (vi) a higher reproducibility compared to a rectangular pulse. Furthermore, when comparing the response to electrical stimulations and to acoustic stimulations, we showed that (vii) neuronal firing rate was unchanged, (viii) latencies were lower with electrical stimulation and (viii) there was no difference in temporal reproducibility.The use of ramped pulses in cochlear implants will be a promising strategy to explore in the incoming years
Influence of Electrical Stimulation Strategies in Cochlear Implants on Evoked Responses Recorded in the Guinea Pig Auditory Cortex
No full textL’implant cochléaire, la neuroprothèse la plus répandue et la plus réussie de nos jours, permet à des sujets sourds profonds de récupérer une perception auditive permettant une compréhension du langage. Bien que les technologies et les processeurs actuels aient grandement évoluées depuis ces vingt dernières années, la stratégie optimale pour coder l'intensité sonore dans l’implant n’a pas encore été trouvée. L'accès à des indices physiologiques est difficile chez le patient humain alors qu’il est relativement simple chez l’animal. Le but de cette thèse était de développer un modèle animal (cobaye) d'implantation cochléaire et d'étudier la réponse du système auditif à différentes stratégies de stimulation. Les réponses du nerf auditif et des neurones du cortex auditif primaire ont été obtenues lors de stimulations via un implant cochléaire simplifié.Nous avons observé que l’importante variabilité inter-individuelle dans l’efficacité de 2 stratégies (augmentation d’amplitude vs. de durée des pulses électriques) à augmenter les réponses du nerf auditif se répercute au niveau du cortex auditif. Les tests de nouvelles formes de pulses (pulses asymétriques ou en rampes) sur les réponses des neurones corticaux suggèrent que ce type de pulses permettrait de réduire l’étendue corticale activée par la stimulation électrique même aux charges les plus élevées. Là aussi, une importante variabilité inter-individuelle a été observée. Cela a conduit à ce que les activations corticales les plus proches de l’activation normalement observée par des sons purs, soient obtenues soit avec une forme de pulses soit une autre. Cette thèse prône donc qu’il est indispensable d’avoir accès à de nombreuses stratégies de stimulation sur chaque sujet afin de choisir celle la plus adaptée pour un patient donné.Cochlear implant, the most successful neuroprosthesis allows deaf subjects to recover auditory perception and speech intelligibility. Over the last decades, the technology and the coding strategies in cochlear implants have been largely improved but the optimal strategy for coding loudness is still problematic. Human studies face a lot of restrictions especially regarding the collection of electrophysiological events. The primary goal of this thesis is to develop an animal model (guinea pig) of implantation and to study the auditory system's responses for different strategies for coding sound loudness (increase in amplitude vs. duration of electrical pulses). We studied the responses of the auditory nerve and primary auditory cortex obtained with electrical stimulation delivered through a simplified cochlear implant.We observed that the large inter-individual variability in the efficacy of these two classical strategies for increasing auditory nerve responses is reflected in the auditory cortex. Testing new forms of pulses (asymmetric pulses or ramped pulses) suggests that this type of pulses would reduce the evoked responses of cortical neurons even at the highest injected charges. Again, a large inter-individual variability was observed. As a consequence, for each animal, the cortical response the closest from the activation normally observed with pure tones, is obtained either with one form of pulses or another. This thesis advocates that it is essential to have access to several stimulation strategies on each subject in order to choose the most appropriate for a given patient
Effects of a long term exposure to a noisy environment on the audiogram and functionnal properties of neurons in the primary auditory cortex
No full textDepuis quelques années, des recherches décrivent des effets alarmants de l’exposition à des environnements acoustiques artificiels sur les propriétés fonctionnelles des neurones du système auditif. L’objectif de ce projet était de déterminer si une exposition à très long terme à une intensité sonore, qui n’est pas reconnue par les législations pour provoquer des pertes permanentes ou temporaires (80dB SLP 8h/jour), induisait ou pas des changements au niveau des audiogrammes et des propriétés fonctionnelles des neurones du cortex auditif primaire.Des rattes adultes (Sprague Dawley) ont été exposées entre 3 mois à 18 mois (selon les groupes) à un milieu acoustique mimant les environnements sonores quotidiens de la majorité de la population et dont les effets n’ont jamais été étudiés sur de telles durées. L’originalité de ce projet réside dans l’analyse des effets à tous les niveaux du système auditif depuis le niveau périphérique (ABRs) jusqu’au niveau central (électrophysiologie corticale) ainsi que les conséquences possibles au niveau comportemental. Une tâche d’apprentissage perceptif inédite a été mise au point afin d’évaluer les effets de l’exposition. Au cours du vieillissement, nos données montrent une baisse des performances comportementales, une atteinte progressive des seuils ABRs et des atteintes de certains paramètres des réponses neuronales comme (i) la latence, (ii) la durée, (iii) la détection de silence dans une vocalisation, (iv) le suivit d’une modulation d’amplitude, (v) la reproductibilité des réponses à une vocalisation. Le principal effet de l’exposition à un environnement bruité est l’apparition d’un TTS après 6 à 12 mois d’exposition (qui disparait complètement en 3 semaines), sans que cela ait, de façon très surprenante, la moindre conséquence notable sur les seuils ABRs, l’activité évoquée corticale, ou les performances de discrimination des animaux. Ces résultats nous incitent à la prudence sur la généralisation des conclusions à tirer des expositions à des environnements bruités artificiels.Over the last few years, studies have described alarming effects of exposure to artificial acoustic environments on the functional properties of neurons in the auditory system. The aim of this project was to determine if long-lasting exposure at a sound intensity which is not recognized by the legislation to cause permanent or temporary hearing loss (80 dB SLP 8h/ day) induced, or not, changes in the audiograms and functional properties of neurons in theprimary auditory cortex. Adult female rats (Sprague Dawley) were exposed over 3 to 18 months (depending on the group) to an acoustic environment mimicking daily sound environments surrounding a large part of the population, and whose effects have never been studied on such durations. The originality of this project lies in analyzing the effects at alllevels of the auditory system from peripheral (via ABRs) to central levels (cortical electrophysiology) and also the possible consequences at the behavioral level. A new perceptual learning task has been developed to assess the effects of exposure. During aging, our data showed a decrease in behavioral performance, a gradual impairment of ABRs thresholds as well as an impairment in parameters of the neural responses such as (i) the response latency, (ii) response duration, (iii) the ability to detect silence in a vocalization (iv) or to follow an amplitude modulation, (v) the reproducibility of response to vocalization. The main effect of exposure to a noisy environment is the appearance of a Temporary Threshold Shift (TTS) after 6 to 12 months of exposure (which completely disappears in three weeks). Surprisingly, this long lasting TTS had apparently no e ffect on ABRs thresholds, the evokedcortical activity, or the animal’s discrimination performance. These results encourage us to be quite cautious in generalizing the conclusions to be drawn from exposures to artificial noisyenvironments
Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
Get PDFThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
Variations on the Author
Get PDF“Variations on the Author” discusses two of Eduardo Coutinho’s recent films (Um Dia na Vida, from 2010, and Últimas Conversas, posthumously released in 2015) and their contribution to the general question of documentary authorship. The director’s filmography is characterized by a consistent yet self-effacing form of authorial self-inscription: Coutinho often features as an interviewer that rather than express opinions propels discourses; an interviewer that is good at listening. This mode of self-inscription characterizes him as an author who is not expressive but who is nonetheless markedly present on the screen. In Um Dia na Vida, however, Coutinho is completely absent form the image, while Últimas Conversas, on the contrary, includes a confessional prologue that moves the director from the margins to the center of his films. This article examines the ways in which these works stand out in the filmography of a director who offers new insights into the notion of cinematic authorship
Appropriate Similarity Measures for Author Cocitation Analysis
Get PDFWe provide a number of new insights into the methodological discussion about author cocitation analysis. We first argue that the use of the Pearson correlation for measuring the similarity between authors’ cocitation profiles is not very satisfactory. We then discuss what kind of similarity measures may be used as an alternative to the Pearson correlation. We consider three similarity measures in particular. One is the well-known cosine. The other two similarity measures have not been used before in the bibliometric literature. Finally, we show by means of an example that our findings have a high practical relevance.information science;Pearson correlation;cosine;similarity measure;author cocitation analysis
Electrophysiological and Bi-Photonic Study of Modifications in the Communication Sounds Processing in the Auditory Cortex in Mother Mice Lacking Endolysosomal Two-Pore Channel (TPC)
No full textLa communication acoustique est cruciale pour les interactions sociales. Chez l’Homme, il a été suggéré qu’un traitement anormal des stimuli sensoriels joue un rôle important dans le comportement social des patients atteints de troubles du spectre autistique (TSA), ce qui pourrait s'expliquer par une activité altérée des réseaux corticaux. Parmi plusieurs hypothèses, celle d’un dérèglement des réserves de Ca2+ intracellulaire a été évoquée, bien que ces mécanismes restent à identifier. Dans les cellules, les endolysosomes libèrent du Ca2+ via l'activation des canaux « two-pore channel » (TPC) situés à leur membrane, canaux dont le rôle dans le système nerveux central (SNC) est largement méconnu.Notre équipe travaille sur une souris n’exprimant pas le canal TPC (KO TPC), qui présente un taux plasmatique en ocytocine (OT) très bas et des problèmes de comportements sociaux, notamment les mères qui montrent un déficit de comportement maternel. Nous avons évalué si ces problèmes de comportements sociaux étaient liés à un déficit de traitement cortical des signaux de communication chez la souris KO TPC et si ce déficit s’aggrave lors du passage de vierge à mère. Pour cela, j’ai analysé les réponses des neurones du cortex auditif primaire de souris WT (vierges et mères) et KO TPC (vierges et mères) à des vocalisations de souris (nouveau-nés et adultes) ainsi qu’à des vocalisations de cobayes, en utilisant deux techniques : l’électrophysiologie extracellulaire sur souris anesthésiée et l’imagerie calcique sur souris vigile. Nous avons observé que le taux de décharge, la reproductibilité temporelle, la latence des réponses, et surtout la discrimination entre des vocalisations de souris sont altérés chez ces souris KO TPC vierges et mères, par rapport aux souris WT. Certains paramètres des réponses corticales, mais pas le comportement maternel, ont été restaurés par l’administration intranasale chronique d’OT lors des 9 premiers jours post-partum chez la mère KO TPC. Nos résultats indiquent qu’il y a bien des modifications anormales du traitement des signaux de communication, notamment des vocalisations de souris, dans le cortex auditif chez les souris KO TPC lors du passage vierge à mère.Acoustic communication is crucial for social interactions. In humans, it has been suggested that abnormal processing of sensory stimuli plays an important role in social behavior of patients suffering from autism spectrum disorders (ASD), which could be explained by altered activity of cortical networks. Among several hypotheses, that of a deregulation of intracellular Ca2+ reserves have been proposed, although these mechanisms remain to be identified. In cells, endolysosomes release Ca2+ through the activation of two-pore channels (TPC) located at their membrane; the role of these channels in the central nervous system (CNS) is largely unknown.Our team is working on a mouse that does not express the TPC (TPC KO). It has very low plasma oxytocin (OT) levels and social behavior problems, especially mothers who show a maternal behavior deficit. We investigated whether these social behavior problems are related to deficits in cortical processing of communication sounds in TPC KO mice and if this deficit worsens during the transition from virgin to mother. For that, I have analyzed the responses of neurons from the primary auditory cortex of WT (virgin and mother) and TPC KO (virgin and mother) mice to mouse vocalizations (pups and adults) and to guinea pig vocalizations, using two techniques: extracellular electrophysiology in anesthetized mice and calcium imaging in awake mice. We observed that the firing rate, the temporal reliability, the response latency, and more importantly the discrimination between mouse vocalizations are altered in these virgin and mother TPC KO mice, compared to WT mice. Some parameters of cortical responses, but not maternal behavior, were rescued by chronic intranasal administration of OT during the first 9 days postpartum in the TPC KO dam. Our results indicate that there are many changes in the processing of communication sounds, including mouse vocalizations, in the auditory cortex in KO TPC mice during virgin-to-mother transition
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