La robustesse des réponses neuronales au bruit est une propriété distribuée et prédictible dans tout le système auditif

10 mars 2021
L’Homme et toutes les espèces animales possèdent la faculté de discriminer des sources sonores en présence de bruits environnementaux importants. Ces dernières années, de nombreuses études effectuées chez l’Homme ou l’animal, ont popularisé l’idée que cette capacité reposait essentiellement sur la robustesse des réponses du cortex auditif ; le réseau cortical supposé extraire la source sonore cible au milieu du flux sonore qui nous atteint à chaque instant.

Robustness to Noise in the Auditory System: A Distributed and Predictable Property. Samira Souffi, Christian Lorenzi, Chloé Huetz, Jean-Marc Edeline.

L’Homme et toutes les espèces animales possèdent la faculté de discriminer des sources sonores en présence de bruits environnementaux importants. Ces dernières années, de nombreuses études effectuées chez l’Homme ou l’animal, ont popularisé l’idée que cette capacité reposait essentiellement sur la robustesse des réponses du cortex auditif ; le réseau cortical supposé extraire la source sonore cible au milieu du flux sonore qui nous atteint à chaque instant. Paradoxalement, très peu de travaux ont été réalisés pour déterminer la robustesse des réponses sous-corticales à des sons de communication masqués par du bruit.
Dans une étude publiée dans eNeuro en collaboration avec l’équipe de Christian Lorenzi (ENS, Paris), des chercheurs de l’Institut NeuroPSI ont quantifié la robustesse des réponses neuronales de vocalisations conspécifiques (i.e., le signal) masquées soit par un bruit stationnaire soit par un bruit chorus de type « cocktail party » (en utilisant trois rapports signal-sur-bruit (SNR), +10, 0 et -10 dB). Pour cela, ils ont effectué des enregistrements électrophysiologiques de neurones à cinq étages du système auditif, depuis le premier relais (le noyau cochléaire) jusqu’à une aire corticale secondaire (VRB).

Les résultats de cette étude montrent que cinq catégories de réponses neuronales dans le bruit existent à chaque étage du système auditif caractérisées soit par la préférence au signal, au bruit, une forte sensibilité au SNR ou une absence de ces trois caractéristiques acoustiques. De plus, les réponses neuronales robustes au bruit ont été retrouvées en proportion plus importante à deux étages sous-corticaux, le colliculus inférieur et le thalamus. Cette étude révèle aussi que ces cinq catégories peuvent être prédites sur la base uniquement des réponses neuronales obtenues en présence du signal seul et du bruit seul.
L’ensemble de ces résultats apportent un éclairage nouveau sur la contribution des structures sous-corticales à un codage robuste des signaux de communication acoustique dans le bruit, et suggèrent également que l’information contenue dans les réponses aux vocalisations seules et au bruit seul permet de prédire le niveau de robustesse au bruit pour un neurone donné.

Légende Figure : A. Chaque ligne correspond à la valeur d’indice de robustesse (EI) au bruit stationnaire quantifiée à partir d’une réponse neuronale donnée obtenue dans l’une des cinq structures auditives enregistrées (noyau cochléaire, colliculus inférieur, thalamus, cortex primaire et cortex secondaire). Le code couleur du bleu au rouge indique la progression des valeurs de EI faibles à élevées. Sur la droite, les cinq couleurs empilées délimitent l'identité des cinq catégories de réponses.
B-C. Représentation 3D des cinq catégories dans le bruit stationnaire (B), et proportion de chaque catégorie dans les cinq structures auditives du CN à VRB (C).
D. Matrice de confusion obtenue avec des descripteurs extraits des réponses aux sons purs, du signal seul et des réponses au bruit stationnaire seul. Chaque ligne correspond à une catégorie réelle et chaque colonne correspond à une catégorie prédite. Les nombres dans la matrice de confusion correspondent aux pourcentages d'enregistrements d'une catégorie réelle donnée dont on a prédit qu'ils appartiendraient à une catégorie donnée.
E-H. Mêmes représentations qu'en A, B, C et D pour les réponses collectées dans le bruit chorus.

Article paru dans la revue eNeuro Voir sur le site