Soutenance de thèse de Vinay PARAMESHWARAPPA

Le cortex auditif est un système sensoriel extrêmement polyvalent et flexible, capable de s'adapter aux changements de stimuli environnementaux, à l'apprentissage et aux insultes. Face à une perturbation sensorielle après une agression, par exemple une exposition au bruit, le cortex auditif subit une série de processus d'adaptation rapides pour compenser les entrées manquantes. Au cours de ce processus, une réorganisation à grande échelle du cortex entraîne une activité neuronale aberrante qui affecte plusieurs tâches de traitement auditif et génère parfois des acouphènes (ou hyperacousie). L'utilisation de modèles animaux nous a permis de mieux comprendre le mécanisme de la perte auditive induite par le bruit (NHIL). Les données actuelles issues des études sur les modèles animaux indiquent plusieurs changements neuronaux dans le cortex auditif après une exposition au bruit, notamment une hyperexcitabilité spontanée et provoquée par un stimulus, une synchronisation accrue et une activité en rafale. Ces changements neuronaux ont été étudiés précédemment à un niveau cortical ultérieur donné, et à ce jour, ils sont encore mal compris en raison de la complexité du cortex auditif. Le cortex auditif est organisé en colonnes alignées verticalement avec six couches. Chaque couche possède une connectivité anatomique et une fonctionnalité uniques, qui sont sensibles aux changements de l'expérience sensorielle. L'interconnexion étendue entre les couches favorise l'intégration et la propagation des informations sensorielles au sein d'une colonne. Le présent projet vise à étudier les effets spécifiques des couches pendant l'activité spontanée et provoquée par le son après un traumatisme sonore aigu et chronique. Nous avons également étudié les changements spatio-temporels des couches dans les deux activités après un traumatisme sonore. Enfin, pour mieux comprendre les mécanismes cellulaires qui conduisent à l'hyperactivité neuronale après une perte auditive due au bruit, nous avons étudié le rôle du GABA sur les neurones du colliculus inférieur (IC) après une perte auditive par application de gabazine (GBZ). Nos résultats montrent que les tirs spontanés et provoqués par le son étaient fortement augmentés à toutes les couches dans la région de fréquence inférieure à la fréquence du traumatisme (Be_TF) après un traumatisme aigu et chronique. Dans la zone de fréquence supérieure à la fréquence du traumatisme (Ab_TF), le taux de déclenchement spontané et provoqué par le son a diminué après un traumatisme aigu, sauf dans la couche infragranulaire, et a augmenté dans les couches granulaire et infragranulaire après un traumatisme chronique. Les amplitudes des potentiels de champ local (LFP) spontanés ont augmenté dans les couches supragranulaires et granulaires dans les deux régions de fréquence après un traumatisme sonore. En ce qui concerne l'activité provoquée par le son, les amplitudes LFP ont augmenté de manière significative uniquement dans la région Be_TF. Les courbes d'accord ont été modifiées dans toutes les couches après une exposition aiguë et chronique au bruit dans les deux régions de fréquence. L'exposition au bruit a considérablement modifié la structure spatio-temporelle de l'activité spontanée et provoquée par le son. Dans l'activité spontanée, nous montrons que la couche supragranulaire devient un récepteur d'entrée majeur dans les deux régions de fréquence après un traumatisme aigu et chronique. Après un traumatisme aigu, l'activité provoquée par le son a été renforcée dans toutes les couches de la région Be_TF et seulement dans les couches infragranulaires de la région Ab_TF. Inversement, l'activité synaptique dans les couches supragranulaires et granulaires était significativement accrue dans les deux régions de fréquence après un traumatisme chronique.

The auditory cortex is an extremely versatile and flexible sensory system with the ability to adapt to changes in environmental stimuli, learning, and insults. In the face of sensory disruption after an insult, for instance, through noise exposure, the auditory cortex undergoes a range of rapid adaptation process to compensate for the missing inputs. In this due course, large-scale reorganization of the cortex results in aberrant neural activity that affects several auditory processing tasks and sometimes generating tinnitus (or hyperacusis). The use of animal models has enabled us to gain insights into the mechanism of noise-induced hearing loss (NHIL). Current evidence from animal model studies points to several neural changes in the auditory cortex after noise exposure, including spontaneous and stimulus-evoked hyperexcitability, increased synchrony and bursting activity. These neural changes were studied previously at a given cortical later, and to date, they are still poorly understood due to the complexity of the auditory cortex. The auditory cortex is organized into vertically aligned columns with six-layers. Each layer has unique anatomical connectivity and functionality, which are sensitive to changes in sensory experience. The extensive interconnection between the layers supports the integration and propagation of sensory information within a column. The present project is aimed at studying the layer-specific effects during spontaneous and sound-evoked activity after acute and chronic noise trauma. Importantly, we investigated the spatiotemporal laminar changes in both the activities after noise trauma. Finally, to provide further insights into the cellular mechanisms leading to neural hyperactivity after noise-induced hearing loss, we investigated the role of GABA on inferior colliculus (IC) neurons after hearing loss by application of gabazine (GBZ). Our results show that spontaneous and sound-evoked firing were greatly enhanced at all layers in the frequency region below the trauma frequency (Be_TF) after acute and chronic trauma. In the frequency region above the trauma frequency (Ab_TF), the spontaneous and sound-evoked firing rate decreased after acute trauma expect in the infragranular layer and increased in the granular and infragranular layers after chronic trauma. The spontaneous local field potentials (LFP) amplitudes increased in the supragranular and granular layers in both the frequency regions after noise trauma. Regarding the sound-evoked activity, LFP amplitudes increased significantly only in the Be_TF region. The tuning curves were altered across all the layers after acute and chronic noise exposure in both frequency regions. Noise exposure substantially altered the spatiotemporal structure of the spontaneous and sound-evoked activity. In the spontaneous activity, we show that the supragranular layer become a major input recipient in both frequency regions after acute and chronic trauma. After acute trauma, the sound-evoked activity was enhanced at all layers in the Be_TF region and only in the infragranular layers in the Ab_TF region. Conversely, synaptic activity in the supragranular and granular layers was significantly increased in both the frequency regions after chronic trauma. We suggest that enhanced propagation of cortical activity across a cortical column induces aberrant functional coupling of the widespread brain network which could lead to generation of conscious percept such as tinnitus.