Contrôle attentionnel du cortex auditif – ALERT

L'attention auditive est un processus complexe qui permet au cerveau de sélectionner des informations spécifiques même lorsqu’elles sont mélangées à du bruit ou des distractions. L'étude de l'attention est au coeur des neurosciences cognitives et son dysfonctionnement est observé dans de nombreuses maladies dégénératives et développementales. En dépit de son importance neurobiologique et de son fort impact sur la vie du patient, les régions cérébrales qui contrôlent l’attention ainsi que leur mode d’action restent très mal connus.

Nous avons récemment pu montrer chez le furet et la souris que l’attention pouvait moduler l’activité dans le cortex auditif primaire (A1), et que le codage des propriétés caractéristiques des stimuli acoustiques dépendait de façon critique du niveau d’engagement de l’animal dans des tâches auditives actives. Ainsi, les propriétés des champs récepteurs des neurones de A1 peuvent se remodeler rapidement, en quelques secondes ou dizaines de secondes, pour faciliter la perception des propriétés caractéristiques des stimuli sonores les plus importantes lors de la tâche. L'objectif principal de notre projet (ALERT) est d'explorer les mécanismes de cette attention sélective auditive, de comprendre comment se produit ce remodelage dans les circuits de A1 et d’identifier quelles sont les contributions relatives de différentes structures cérébrales impliquées dans ce contrôle descendant.

Deux voies principales pouvant jouer un rôle dans ce contrôle ont récemment été identifiées chez la souris. La première émane du cortex orbitofrontal (OFC), qui partage des connexions glutamatergiques directes avec A1, la seconde du noyau basal de Meynert (NB), qui envoie des projections cholinergiques sur A1. Jusque-là, l'implication de ces deux voies dans le contrôle attentionnel de A1 n’a été démontrée qu’indirectement. Le projet ALERT se fixe deux objectifs: déterminer directement l'implication des voies OFC-A1 et NB-A1 dans le contrôle de A1 pendant les épisodes attentifs, et déterminer les mécanismes computationnels de ces contrôles descendants sur A1.

Nous enregistrerons en imagerie calcique à deux photons l'activité d'une grande population de neurones de A1 pendant que les souris effectuent des tâches comportementales nécessitant une discrimination entre des sons purs et un bruit large bande. Nous comparerons ensuite la même population de neurones lorsque les animaux écoutent les mêmes sons, mais ne sont pas engagés dans la tâche. La différence des champs récepteurs des cellules individuelles entre les contextes actif et passif servira de mesure quantitative pour évaluer la modulation attentionnelle de A1. L'implication de l'OFC et du NB dans cette modulation sera testée avec une approche optogénétique, en inhibant tour-à-tour l’activité des projections de l’OFC vers A1 puis de NB vers A1, et en déterminant dans chaque cas la fraction des effets de modulation attentionnelle restants. Enfin, nous testerons quatre mécanismes distincts se déroulant soit à l’interface, soit dans A1. Pour ce faire, nous ajusterons à nos données expérimentales des modèles nous permettant d’estimer les couplages fonctionnels entre A1 et l’OFC et entre A1 et NB, ainsi qu'entre les cellules individuelles de A1. Plus précisément, nous étudierons si la connectivité fonctionnelle entre des paires de cellules de A1 changent dynamiquement entre les contextes comportementaux actifs et passifs, ce qui serait une indication forte que les effets attentionnels reposent sur la plasticité synaptique au sein de A1. Nous analyserons également par cette approche si les couplages fonctionnels entre A1 et l’OFC ou A1 et NB sont modifiés, ce qui indiquerait au contraire un mécanisme de modulation attentionnel situé à l'interface avec A1.

Une compréhension plus approfondie de ces mécanismes fondamentaux fournirait une base précieuse pour de futures études translationnelles et pour des stratégies thérapeutiques visant à traiter les troubles de l'attention.