jean-marc edeline neurobiologie de l ’apprentissage de la mémoire et de la communication,
DESCRIPTION
Le système auditif thalamo-cortical : anatomie, propriétés neuronales, et plasticité fonctionnelle. Jean-Marc Edeline Neurobiologie de l ’Apprentissage de la Mémoire et de la Communication, NAMC, UMR CNRS 8620, Orsay, France - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
![Page 1: Jean-Marc Edeline Neurobiologie de l ’Apprentissage de la Mémoire et de la Communication,](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070409/56814462550346895db0f6f5/html5/thumbnails/1.jpg)
Le système auditif thalamo-cortical : anatomie, propriétés neuronales,
et plasticité fonctionnelle .
Jean-Marc Edeline
Neurobiologie de l ’Apprentissage de la Mémoire et de la Communication,
NAMC, UMR CNRS 8620, Orsay, France
[email protected] http://H0.web.u-psud.fr/namc/http://H0.web.u-psud.fr/namc/
![Page 2: Jean-Marc Edeline Neurobiologie de l ’Apprentissage de la Mémoire et de la Communication,](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070409/56814462550346895db0f6f5/html5/thumbnails/2.jpg)
Première Partie: Anatomie.
![Page 3: Jean-Marc Edeline Neurobiologie de l ’Apprentissage de la Mémoire et de la Communication,](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070409/56814462550346895db0f6f5/html5/thumbnails/3.jpg)
Les Structures du Système Auditif
AII
T
PAF
VPAF
VE
AIAAFH
LH
L
MGv
MGdSG
MGm
ICCICX
LL
LSO MSO
DCN
VCNp VCNa
Cortex Auditif
Le Système Auditif Central
Thalamus Auditif
Colliculus Inférieur
Lemnisque Latéral
Complexe Olivaire
NoyauCochléaire
Cochlée
![Page 4: Jean-Marc Edeline Neurobiologie de l ’Apprentissage de la Mémoire et de la Communication,](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070409/56814462550346895db0f6f5/html5/thumbnails/4.jpg)
Le système Auditif…plus réel..
MGv
MGdSG
MGm
ICCICE
LSO MSO
DCN
VCNp VCNa
LL
aire primaire AI
Aires Secondaires: AII, VE, EAS, VPAP, I cx
Po
PIN
Régions tonotopiques et non-tonotopiques du système auditif
Tonotopiques
InformationsSomesthésiques
(AAF)
Cortex Auditif
Thalamus Auditif
Colliculus Inférieur
Lemnisque Latéral
Complexe Olivaire
NoyauCochléaire
Cochlée
Cortex Associatif
NonTonotopiques
Informations Visuelles
![Page 5: Jean-Marc Edeline Neurobiologie de l ’Apprentissage de la Mémoire et de la Communication,](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070409/56814462550346895db0f6f5/html5/thumbnails/5.jpg)
Dans les sytèmes visuel, auditif et somesthésique, on trouve la même
organisation du système thalamo-cortical
GABA
Glutamate
Sensory Cortex
SensoryReticular Nucleus
SensoryThalamus
SensoryAfferences
Visual
Somatosensory
Auditory
![Page 6: Jean-Marc Edeline Neurobiologie de l ’Apprentissage de la Mémoire et de la Communication,](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070409/56814462550346895db0f6f5/html5/thumbnails/6.jpg)
En fait, il y a sans doute de multiples boucles thalamo-corticales en parallèle
MGd
MGv
SG
MGm
PIN
Pol
Ins, TE,EP, VEP
AII
AAFAI
SD
Dd
RE
Auditory
non-auditory structures
InferiorColliculus
Brain Stem andBulbar Auditory Structures
![Page 7: Jean-Marc Edeline Neurobiologie de l ’Apprentissage de la Mémoire et de la Communication,](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070409/56814462550346895db0f6f5/html5/thumbnails/7.jpg)
L’organisation en couches des cortex sensoriels
Entrées Sorties
CouchesMagnocellulairesdu CGL
CouchesParvocellulairesdu CGL
Vers d'autresaires corticales
Vers desStructuressous-corticales
EntréesThalamiques
SortiesCorticales
Sorties vers leColliculus Supérieur
Sorties vers le Thalamus Visuel
4C
4A,B
2
1
3
5
6
Lees entrées-sorties du cortex visuel
![Page 8: Jean-Marc Edeline Neurobiologie de l ’Apprentissage de la Mémoire et de la Communication,](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070409/56814462550346895db0f6f5/html5/thumbnails/8.jpg)
En fait dans le système auditif, le schéma de connectivité est plutôt:
pie mèreCouche I
Couche II/III
Couche IV
Couche V
Couche VI
(100-200µm)
(600-700µm)
(200-250µm)
(400-500µm)
(400-500µm)
MG Ventral
MG Dorsal
MG Medial
PIN
NoyauCentral
matière blanche
CortexAuditifPrimaire
Thalamus Auditif
Colliculus Inférieur
2 mm
![Page 9: Jean-Marc Edeline Neurobiologie de l ’Apprentissage de la Mémoire et de la Communication,](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070409/56814462550346895db0f6f5/html5/thumbnails/9.jpg)
Les types cellulaires des cortex sensoriels (Connors and Gutnick, 1990)
C. Intrinsic Bursting CellRegular Spiking Cell
Fast Spiking Cell
A.
B.
![Page 10: Jean-Marc Edeline Neurobiologie de l ’Apprentissage de la Mémoire et de la Communication,](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070409/56814462550346895db0f6f5/html5/thumbnails/10.jpg)
Les connexions entre types cellulaires des cortex sensoriels (Agmon & Connors, 1992)
![Page 11: Jean-Marc Edeline Neurobiologie de l ’Apprentissage de la Mémoire et de la Communication,](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070409/56814462550346895db0f6f5/html5/thumbnails/11.jpg)
Les types cellulaires specifiques du cortex auditif ? (Metherate and Aramakis, 1999)
Rectifying cellsA.
On-spiking cellsB.
![Page 12: Jean-Marc Edeline Neurobiologie de l ’Apprentissage de la Mémoire et de la Communication,](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070409/56814462550346895db0f6f5/html5/thumbnails/12.jpg)
Deux types morphologiques de cellules relais thalamique sans
relation avec leurs types de réponses physiologiques Thalamic Cell: Type I Thalamic Cell: Type II
![Page 13: Jean-Marc Edeline Neurobiologie de l ’Apprentissage de la Mémoire et de la Communication,](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070409/56814462550346895db0f6f5/html5/thumbnails/13.jpg)
Une hypothèse sur les connections thalamo-corticales (McMullen et al.2002, 2003)
![Page 14: Jean-Marc Edeline Neurobiologie de l ’Apprentissage de la Mémoire et de la Communication,](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070409/56814462550346895db0f6f5/html5/thumbnails/14.jpg)
Hypothèse sur les connections thalamo-corticales (McMullen et al.2002, 2003)
![Page 15: Jean-Marc Edeline Neurobiologie de l ’Apprentissage de la Mémoire et de la Communication,](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070409/56814462550346895db0f6f5/html5/thumbnails/15.jpg)
Les neurones du noyau réticulaire thalamique forment un réseau dense de neurons connectés entre eux par des contacts dendro-dentritiques
(Pinault 2004)
![Page 16: Jean-Marc Edeline Neurobiologie de l ’Apprentissage de la Mémoire et de la Communication,](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070409/56814462550346895db0f6f5/html5/thumbnails/16.jpg)
Les neurones du noyau réticulaire thalamique présentent des réponses assez similaires aux neurones thalamiques
(Simms, Rouiller DeRibaupierre 1991)
![Page 17: Jean-Marc Edeline Neurobiologie de l ’Apprentissage de la Mémoire et de la Communication,](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070409/56814462550346895db0f6f5/html5/thumbnails/17.jpg)
Seconde Partie: Propriétés fonctionnelles.
![Page 18: Jean-Marc Edeline Neurobiologie de l ’Apprentissage de la Mémoire et de la Communication,](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070409/56814462550346895db0f6f5/html5/thumbnails/18.jpg)
La tonotopie existe dans la cochlée, puis à tous les niveaux du système auditif: Il n’est donc pas surprenant de la retrouver au
niveau du thalamus et du cortex auditif.
Olive Supérieure latérale Partie tonotopique du thalamus auditif (MGv)
![Page 19: Jean-Marc Edeline Neurobiologie de l ’Apprentissage de la Mémoire et de la Communication,](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070409/56814462550346895db0f6f5/html5/thumbnails/19.jpg)
Cartographie de la Tonotopie(Cortex auditif du chat: Brugge & Merzenich, 1973; Merzenich et al., 1975 )
300 µm
![Page 20: Jean-Marc Edeline Neurobiologie de l ’Apprentissage de la Mémoire et de la Communication,](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070409/56814462550346895db0f6f5/html5/thumbnails/20.jpg)
Cartographie de la Tonotopie(Kilgard & Merzenich, 1999: cortex auditif de rat)
kiloHertz
60
32
16
8
4
2
1
2
1.5
1
0.5
1.5
1
0.5
0.5 1 1.5 2 2.5
0.5 1 1.5 2 2.5
Dorsal
Antérieur
![Page 21: Jean-Marc Edeline Neurobiologie de l ’Apprentissage de la Mémoire et de la Communication,](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070409/56814462550346895db0f6f5/html5/thumbnails/21.jpg)
Petite parenthèse sur les techniques d’imagerie chez l’animal: Le signal intrinsèque cortical dans le cortex visuel...
Shmuel et Grinvald, 1996 Direction map in area 18
![Page 22: Jean-Marc Edeline Neurobiologie de l ’Apprentissage de la Mémoire et de la Communication,](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070409/56814462550346895db0f6f5/html5/thumbnails/22.jpg)
La correspondance entre signal intrinsèque et activité unitaire n’est pas toujours très bonne: Ex dans le cortex auditif...
Spitzer et al, 2001
![Page 23: Jean-Marc Edeline Neurobiologie de l ’Apprentissage de la Mémoire et de la Communication,](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070409/56814462550346895db0f6f5/html5/thumbnails/23.jpg)
Comparaison des cartes tonotopiques(Chat: Brugge & Merzenich, 1973; Chauve Souris: Suga & Fen 1976 )
![Page 24: Jean-Marc Edeline Neurobiologie de l ’Apprentissage de la Mémoire et de la Communication,](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070409/56814462550346895db0f6f5/html5/thumbnails/24.jpg)
Zones tonotopiques vs. non-tonotopiques
.
Fréquences (kHz)
.
Fréquences (kHz)
ColliculusInférieur
CortexAuditif
Zone tonotopique Zone non-tonotopique
![Page 25: Jean-Marc Edeline Neurobiologie de l ’Apprentissage de la Mémoire et de la Communication,](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070409/56814462550346895db0f6f5/html5/thumbnails/25.jpg)
Champ récepteur d’un neurone auditif
.
2019181716151413121110
Fréquence (kHz)FC
14 15 2013
Fréquence (kHz)
FC14 15 2013
Seuil10dB
50dB
70dB
![Page 26: Jean-Marc Edeline Neurobiologie de l ’Apprentissage de la Mémoire et de la Communication,](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070409/56814462550346895db0f6f5/html5/thumbnails/26.jpg)
Les formes des champs récepteurs dans le cortex auditif ne sont pas si simples…(Sutter 2000)
![Page 27: Jean-Marc Edeline Neurobiologie de l ’Apprentissage de la Mémoire et de la Communication,](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070409/56814462550346895db0f6f5/html5/thumbnails/27.jpg)
Réponses monotoniques vs. Non-monotonique à l’intensité des sons (Sutter et al. 1999)
![Page 28: Jean-Marc Edeline Neurobiologie de l ’Apprentissage de la Mémoire et de la Communication,](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070409/56814462550346895db0f6f5/html5/thumbnails/28.jpg)
En fait, il y a à la fois des zones d’excitation et d’inhibition dans les champs récepteurs des neurones corticaux… (Sutter et al. 1999)
![Page 29: Jean-Marc Edeline Neurobiologie de l ’Apprentissage de la Mémoire et de la Communication,](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070409/56814462550346895db0f6f5/html5/thumbnails/29.jpg)
Le protocole de “forward masking” permet de mettre en évidence les zones d’inhibition dans le cortex auditif
(Brosch &Schreiner 1997, 2000, Sutter et al 1999)
![Page 30: Jean-Marc Edeline Neurobiologie de l ’Apprentissage de la Mémoire et de la Communication,](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070409/56814462550346895db0f6f5/html5/thumbnails/30.jpg)
Le décours temporel des inhibitions varie d’un neurone à l’autre
![Page 31: Jean-Marc Edeline Neurobiologie de l ’Apprentissage de la Mémoire et de la Communication,](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070409/56814462550346895db0f6f5/html5/thumbnails/31.jpg)
Le décours temporel des inhibitions varie d’un neurone à l’autre
![Page 32: Jean-Marc Edeline Neurobiologie de l ’Apprentissage de la Mémoire et de la Communication,](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070409/56814462550346895db0f6f5/html5/thumbnails/32.jpg)
Décours temporel et spectral des inhibitions
![Page 33: Jean-Marc Edeline Neurobiologie de l ’Apprentissage de la Mémoire et de la Communication,](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070409/56814462550346895db0f6f5/html5/thumbnails/33.jpg)
Ce protocole révéle aussi des facilitations de réponses évoquées
![Page 34: Jean-Marc Edeline Neurobiologie de l ’Apprentissage de la Mémoire et de la Communication,](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070409/56814462550346895db0f6f5/html5/thumbnails/34.jpg)
Mécanismes sous-tendant les zones d’excitations et d’inhibitions (Zador et al 2003)
![Page 35: Jean-Marc Edeline Neurobiologie de l ’Apprentissage de la Mémoire et de la Communication,](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070409/56814462550346895db0f6f5/html5/thumbnails/35.jpg)
Diversité des patterns temporels de décharges chez le primate vigileCette diversité existe aussi aux étages précédents,
….mais elle est moindre sous anesthésie
A.
B.
C.
D.
![Page 36: Jean-Marc Edeline Neurobiologie de l ’Apprentissage de la Mémoire et de la Communication,](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070409/56814462550346895db0f6f5/html5/thumbnails/36.jpg)
Sélectivité pour la modulation d’amplitude
5 Hz
8 Hz
10 Hz
11 Hz
12 Hz
13 Hz
14 Hz
15Hz
16 Hz
17 Hz
![Page 37: Jean-Marc Edeline Neurobiologie de l ’Apprentissage de la Mémoire et de la Communication,](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070409/56814462550346895db0f6f5/html5/thumbnails/37.jpg)
Nerve
NoyauCochléaire
ComplexOlivaireSupérieur
Lemmisque Lat.
Thal Auditif
Cortex Aud. Prim.
Aire Auditive Ant.Cortex Aud. Second
Colliculus InF.
Autres Cortex
Sélectivité pour la modulation d’amplitude
![Page 38: Jean-Marc Edeline Neurobiologie de l ’Apprentissage de la Mémoire et de la Communication,](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070409/56814462550346895db0f6f5/html5/thumbnails/38.jpg)
Pourquoi une dimension supplémentaire ?
H
L
Cochlée Colliculus Inférieur
Ligne de Cellules Ciliées
Lamed'isofréquence
H
L
HL
banded'isofréquence
Cortex auditif primaire AI
![Page 39: Jean-Marc Edeline Neurobiologie de l ’Apprentissage de la Mémoire et de la Communication,](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070409/56814462550346895db0f6f5/html5/thumbnails/39.jpg)
Organisation topographie de la FM
Dorsal
Ventral9.6kHz
12.4kHz
![Page 40: Jean-Marc Edeline Neurobiologie de l ’Apprentissage de la Mémoire et de la Communication,](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070409/56814462550346895db0f6f5/html5/thumbnails/40.jpg)
Une sensibilité aux séquences ascendantes
![Page 41: Jean-Marc Edeline Neurobiologie de l ’Apprentissage de la Mémoire et de la Communication,](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070409/56814462550346895db0f6f5/html5/thumbnails/41.jpg)
Que fait le cortex pour la localisation des sources sonores ?
• Les neurones corticaux ont des champs récepteurs spatiaux très larges.
• Il n’y a pas de carte de l’espace sonore dans le cortex auditif.
• Pourtant dans de nombreuses études les tests comportementaux pointent des déficits de localisations suite à des lésions du cortex auditif.
![Page 42: Jean-Marc Edeline Neurobiologie de l ’Apprentissage de la Mémoire et de la Communication,](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070409/56814462550346895db0f6f5/html5/thumbnails/42.jpg)
Rappel sur le codage de la localisation
Les neurones sont sensibles aux indices qui en psychoacoustique sont censés permettre aux sujets de localiser les sons
• Les différentes de phases interaurales ou interaural-Time Differences (ITD)
• Les différentes d’intensité interaurales ou interaural-Intensity Differences (IID)
![Page 43: Jean-Marc Edeline Neurobiologie de l ’Apprentissage de la Mémoire et de la Communication,](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070409/56814462550346895db0f6f5/html5/thumbnails/43.jpg)
Cette sélectivité est fonction de la valeur absolue de la IID
De telles cellules représentent 26% des cas dans le colliculus inférieur mais 90% dans le cortex auditif
![Page 44: Jean-Marc Edeline Neurobiologie de l ’Apprentissage de la Mémoire et de la Communication,](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070409/56814462550346895db0f6f5/html5/thumbnails/44.jpg)
Représentation d’un espace virtuel (John Brugge)
Int e
nsit
é
Cro
issan
t e
![Page 45: Jean-Marc Edeline Neurobiologie de l ’Apprentissage de la Mémoire et de la Communication,](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070409/56814462550346895db0f6f5/html5/thumbnails/45.jpg)
Les réponses aux stimuli naturels
• Depuis longtemps on enregistre des réponses neuronales aux vocalisations de l’espèce.
• On a cherché des cellules sélectives pour un type de vocalisation; elle n’existent pas
• On commence à progresser depuis les années 1990 grâce aux techniques de traitement du signal
![Page 46: Jean-Marc Edeline Neurobiologie de l ’Apprentissage de la Mémoire et de la Communication,](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070409/56814462550346895db0f6f5/html5/thumbnails/46.jpg)
Dans le cortex auditif de singes vigiles, 90% des neurones répondent à plus d’une vocalisation(Newman et Wollberg 1973)
![Page 47: Jean-Marc Edeline Neurobiologie de l ’Apprentissage de la Mémoire et de la Communication,](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070409/56814462550346895db0f6f5/html5/thumbnails/47.jpg)
Les réponses corticales semblent suivre sélectivement l’enveloppe du stimulus (Wang et al., 1995)
![Page 48: Jean-Marc Edeline Neurobiologie de l ’Apprentissage de la Mémoire et de la Communication,](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070409/56814462550346895db0f6f5/html5/thumbnails/48.jpg)
Les réponses corticales semblent suivre sélectivement l’enveloppe du stimulus (Wang et al., 1995)
![Page 49: Jean-Marc Edeline Neurobiologie de l ’Apprentissage de la Mémoire et de la Communication,](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022070409/56814462550346895db0f6f5/html5/thumbnails/49.jpg)
Dans les colliculus inférieurs les réponses
neuronales suivent encore l’enveloppe du stimulus lorsque les vocalisations
sont filtrées autour de la CF des cellules
(Suta et al., 2003)