Rôle des inhibitions corticales dans la dynamique temporelle des réponses neuronales dans le cortex auditif aux signaux de communication acoustiques

par Quentin Gaucher

Thèse de doctorat en Neurosciences

Sous la direction de Jean-Marc Edeline.

Soutenue le 11-12-2013

à Paris 11 , dans le cadre de Ecole doctorale Signalisations et Réseaux Intégratifs en Biologie (2000-2015 ; Kremlin-Bicêtre, Val-de-Marne) , en partenariat avec Centre de Neurosciences Paris-Sud (Orsay, Essonne) (équipe de recherche) et de Centre de Neurosciences Paris-Sud (laboratoire) .

Le président du jury était Hervé Daniel.

Le jury était composé de Jean-Marc Edeline, Hervé Daniel, Clément Léna, Jan Schnupp, Valérie Ego-Stengel.

Les rapporteurs étaient Clément Léna, Jan Schnupp.


  • Résumé

    Depuis 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.

  • Titre traduit

    A Role for Cortical Inhibition in Shaping Temporal Dynamics of Neuronal Responses to Communication Sounds in the Auditory Cortex


  • Résumé

    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.


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