Attentional modulation of the auditory cortex activity in a sound discrimination task in mice
Modulation attentionnelle de l'activité du cortex auditif dans une tâche de discrimination sonore chez la souris
Résumé
Auditory selective attention is a cognitive ability enabling to adapt the processing of stimuli according to their relevance in a given context. The understanding of the neural dynamics underlying auditory selective attention remains incomplete, diverse and even controversial in the literature. This study aims to contribute to knowledge by comparing the evoked-cortical auditory activity of similar sounds in the primary auditory cortex of mice (A1) between an active listening context and an awake but passive context. For the study, a Go / no-Go selective attention task was developed and adapted to mice, alternating 4 blocks of active sound discrimination with 4 blocks of passive sound exposure. Through an exhaustive quantification of the performances in both contexts, we were able to evidence a good understanding of the meaning of the sound stimulations by the mice according to the context. In the active context, they respond almost exclusively to the target tone [with a success rate of 66% and an average reaction time of 500 ms]. In the passive context, they remain neutral to the presented sounds [in 92% of passive trials]. A millimetric quantification of the movements of the animal’s body parts enabled the study to determine that the overall behavioral state of the animal is modulated according to the context and the moment in the trial. These movements (wiggles observable by eye) are correlated with the required attentional load and vary in this order: the passive blocks, the moment preceding the trial in the active blocks and the attentive listening of the reference sounds during the active context. While performing the attentional sound discrimination task, the study recorded the activity of the layer II-III of A1 with a 2-photon microscope. The comparison of the neuronal activity of A1 between the active blocks - where the mice actively recognize the target tone, and the passive blocks - where they remain passively exposed to the same sounds, made it possible to highlight the difference in the processing of sound information as early as from this first step of cortical treatment. These differences disappear when the mouse disengages in the task. Among the neuronal differences between active and passive contexts, a suppression of A1’s activity is observed during the active context for spontaneous activity and for the processing of the reference and target sounds. However, in addition to this suppression, the study observed a concentration of activity in a subset of neurons whose neuronal activity greatly exceeds the average activity of the population. This mechanism of concentration of activity is more important in the active context than in the passive context. The suppression and sparse neuronal boosting mechanisms are both greater in the behaving context than in the passive one. Together, these mechanisms result in concentrating the residual activity in a small subgroup of neurons while mice are engaged. These coexisting mechanisms could underly several aspects of auditory attention for adapted behavioral actions.
L'attention sélective auditive est une capacité cognitive permettant d'adapter le traitement des stimuli en fonction de leur pertinence dans un contexte donné. La compréhension de la dynamique neuronale sous-jacente à l'attention sélective auditive reste incomplète, diverse et même controversée dans la littérature. Cette étude vise à contribuer à la connaissance en comparant l'activité auditive corticale évoquée de sons similaires dans le cortex auditif primaire de souris (A1) entre un contexte d'écoute active et un contexte éveillé, mais passif. Pour l'étude, une tâche d'attention sélective Go/no-Go a été développée et adaptée aux souris, en alternant 4 blocs de discrimination sonore active avec 4 blocs d'exposition sonore passive. Grâce à une quantification exhaustive des performances dans les deux contextes, nous avons pu mettre en évidence une bonne compréhension du sens des stimulations sonores par les souris selon le contexte. Dans le contexte actif, les souris répondent presque exclusivement à la tonalité cible [avec un taux de réussite de 66 % et un temps de réaction moyen de 500 ms]. Dans le contexte passif, ils restent neutres aux sons présentés [dans 92% des essais passifs]. Une quantification millimétrique des mouvements des parties du corps de l'animal a permis de déterminer que l'état comportemental global de l'animal est modulé en fonction du contexte et du moment de l'essai. Ces mouvements (frétillements observables à l'œil) sont corrélés à la charge attentionnelle requise et varient dans cet ordre : les blocs passifs, l'instant précédant l'essai dans les blocs actifs et l'écoute attentive des sons de référence pendant le contexte actif. Parmi les différences neuronales entre les contextes actif et passif, une suppression de l'activité de A1 est observée pendant le contexte actif pour l'activité spontanée et pour le traitement des sons de référence et cibles. Cependant, en plus de cette suppression, l’étude observe une concentration de l'activité dans un sous-groupe de neurones dont l’activité neuronale excède largement l’activité moyenne de la population. Ce mécanisme de concentration de l’activité est plus important dans le contexte actif comparé au contexte passif. Les mécanismes de suppression et d’activation précise neuronale sont tous deux plus importants dans le contexte comportemental que dans le contexte passif. Ensemble, ces mécanismes conduisent à concentrer l'activité résiduelle dans un petit sous-groupe de neurones pendant que les souris sont engagées. Ces mécanismes coexistants pourraient prendre part dans plusieurs aspects de l'attention auditive pour des actions comportementales adaptées.
Origine : Version validée par le jury (STAR)