La stratégie utilisée pour augmenter l’excitabilité corticale a des conséquences spécifiques sur la structure temporelle des réponses neuronales à des vocalisations

24 juin 2020
Chez de nombreuses espèces animales, la communication repose sur la perception de vocalisations spécifiques. Un des supports possibles de l’encodage des vocalisations au niveau cortical repose sur la reproductibilité temporelle des trains de potentiels d’actions émis en réponse à ces signaux. Le niveau d’excitabilité des neurones corticaux affecte la reproductibilité de leurs réponses, et est souvent vu comme un facteur critique des performances perceptives d’un sujet. En théorie, une augmentation de l’excitabilité corticale peut résulter soit d’une augmentation des excitations, soit d’une réduction des inhibitions présentes dans les circuits corticaux ; ces deux situations pouvant être déclenchées par l’action des systèmes neuromodulateurs.

Increasing Excitation vs. Decreasing Inhibition in Auditory Cortex: Consequences on the Discrimination Performance Between Communication Sounds. Quentin Gaucher, Pierre Yger, Jean-Marc Edeline.

Dans des travaux récents, une équipe de NeuroPSI (code neuronal et perception auditive, Jean-Marc Edeline et Catherine Del Negro) a comparé les capacités de neurones du cortex auditif primaire à discriminer entre des vocalisations dans des situations où soit les excitations étaient renforcées, soit les inhibitions étaient réduites. Ces modifications du niveau d’excitabilité des neurones corticaux ont été réalisées par applications d’agents pharmacologiques (AMPA et Gabazine) au niveau du cortex auditif primaire chez le cobaye. Lorsque les réponses neuronales à des sons purs ont été testées, ces deux situations ont généré des effets très similaires : dans les deux cas, les champs récepteurs des neurones sont élargis ce qui conduit à une baisse de sélectivité des neurones corticaux. De même, l’analyse du taux de décharge global des neurones en réponse à la présentation d’un jeu de vocalisations montre des augmentations similaires dans ces deux situations. Pourtant, la reproductibilité temporelle des réponses évoquées aux vocalisations est bien plus élevée en situation de réduction des inhibitions qu’en situation d’augmentation des excitations. En fait, c’est l’organisation fine du décours temporel des réponses qui est modifiée de façon opposée : la réduction des inhibitions renforce la suppression post-excitation qui survient à chaque pic phasique de décharge, alors que cette suppression post-excitation tend à disparaître après renforcement des excitations. Une modélisation du circuit cortical réalisée par Pierre Yger à l’Institut de la Vision a permis de démontrer que ces différences résultent du fait que le contrôle des inhibitions a un effet multiplicatif sur l’activité neuronale, alors que le contrôle des excitations a un effet additif.

Ce travail, publié dans le Journal of Physiology souligne donc qu’il ne suffit pas d’augmenter l’excitabilité corticale pour avoir un encodage plus performant. C’est seulement par une modulation fine des inhibitions corticales qu’il est possible d’augmenter les capacités de discrimination de stimuli naturels par des neurones corticaux en renforçant la précision temporelle d’apparition de leurs potentiels d’action.

Légende figure :

A et B présentent les pics de réponses des neurones corticaux à la présentation d’un jeu de vocalisations avant et après application de la Gabazine (A, GBZ qui réduit les inhibitions) et de l’AMPA (B, qui augmente les excitations).

Les réponses évoquées augmentent fortement dans les deux cas, mais seule la réduction des inhibitions provoque un renforcement de la suppression post-excitation.

La modélisation du réseau cortical (C) montre que les réponses évoquées phasiques sont augmentées dans les deux cas, mais confirme que seule la réduction des inhibitions augmente la suppression post-excitation.

Article paru dans la revue Journal of Physiology le 15 juin 2020. Voir Pubmed