Un circuit thalamocortical parallèle et tonotopique pour le traitement du son

Neurologie Médecine
circuit thalamocortical traitement du son arrangement tonotopique étude sur les souris neurosciences

Dans le cerveau des mammifères, la perception auditive dépend de la transmission d’informations du thalamus au cortex. Depuis longtemps, le corps géniculé médial (medial geniculate body, MGB) est considéré comme le principal hub thalamique auditif, responsable de la transmission des signaux sonores au cortex auditif (auditory cortex, Auc). Cependant, la question de savoir si d’autres entrées thalamiques participent également à ce processus reste une énigme. Pour résoudre cette question, les chercheurs ont exploré une région du thalamus appelée noyau ventromédial (ventromedial nucleus of the thalamus, VM), en particulier sa partie basale (basal region of the ventromedial nucleus, BVM), pour déterminer si elle participe également au traitement des informations auditives.

Source de l’article

Cet article a été coécrit par Zhikai Zhao, Xiaojing Tang, Yiheng Chen et d’autres auteurs, issus de plusieurs institutions de recherche telles que l’Université de Chongqing, l’Université médicale de la Troisième Armée et l’Université du Guangxi. La recherche a été publiée le 18 juin 2025 dans la revue Neuron, sous le titre A Parallel Tonotopically Arranged Thalamocortical Circuit for Sound Processing.

Processus de recherche

1. Identification des projections du BVM vers le cortex auditif

L’étude a d’abord utilisé la technique de traçage rétrograde fluorescent pour injecter la toxine cholérique B (cholera toxin B, CTB) dans le cortex auditif de souris, révélant que de nombreux neurones de la région BVM projettent vers le cortex auditif. Ces neurones sont principalement situés dans la partie basale du thalamus, et ces projections présentent des propriétés de réglage de fréquence (frequency tuning), correspondant à la carte tonotopique (tonotopic map) du cortex auditif.

2. Validation fonctionnelle des projections du BVM

Pour valider la fonction des projections du BVM, les chercheurs ont inhibé l’activité des neurones du BVM par une méthode de chimio-génétique (chemogenetics). Les résultats ont montré que l’inhibition des projections du BVM réduisait significativement la réponse des neurones du cortex auditif aux sons et altérait les performances des souris dans une tâche de discrimination des fréquences sonores. En particulier, dans une tâche de discrimination de sons proches en fréquence (par exemple, un intervalle de 0,25 octave), les performances des souris diminuaient de manière significative.

3. Propriétés de réglage de fréquence des projections du BVM

Grâce à la technique d’imagerie calcique biphotonique (two-photon calcium imaging), les chercheurs ont enregistré l’activité des axones du BVM dans le cortex auditif. Les résultats ont montré que les axones du BVM présentaient une forte sélectivité pour des fréquences sonores spécifiques, et ces propriétés de réglage correspondaient à la carte tonotopique du cortex auditif. Cela indique que les projections du BVM possèdent une sélectivité de fréquence dans le traitement des informations auditives.

4. Cibles synaptiques des projections du BVM

Pour identifier les cibles synaptiques des projections du BVM, les chercheurs ont utilisé des techniques d’optogénétique (optogenetics) et d’enregistrement en patch-clamp en cellule entière (whole-cell patch-clamp recording). Ils ont découvert que les axones du BVM forment principalement des connexions synaptiques excitatrices avec les interneurones positifs pour le facteur neurotrophique dérivé des neurones (neuron-derived neurotrophic factor-positive, NDNF+) dans la couche 1 du cortex auditif. Ces interneurones jouent un rôle important dans la modulation de l’activité des neurones corticaux.

5. Signification comportementale des projections du BVM

Enfin, les chercheurs ont validé la fonction des projections du BVM par des expériences comportementales. Ils ont constaté que l’inhibition de l’activité des neurones du BVM réduisait significativement les performances des souris dans une tâche de discrimination auditive, en particulier pour des sons proches en fréquence. Cela démontre le rôle clé des projections du BVM dans le traitement des informations auditives.

Principaux résultats

  1. Projections du BVM vers le cortex auditif : Les neurones du BVM projettent vers le cortex auditif, et ces projections présentent des propriétés de réglage de fréquence, correspondant à la carte tonotopique du cortex auditif.
  2. Fonction des projections du BVM : L’inhibition des projections du BVM réduit significativement la réponse des neurones du cortex auditif aux sons et altère les performances des souris dans une tâche de discrimination des fréquences sonores.
  3. Propriétés de réglage de fréquence des projections du BVM : Les axones du BVM présentent une forte sélectivité pour des fréquences sonores spécifiques, correspondant à la carte tonotopique du cortex auditif.
  4. Cibles synaptiques des projections du BVM : Les axones du BVM forment principalement des connexions synaptiques excitatrices avec les interneurones NDNF+ dans la couche 1 du cortex auditif.
  5. Signification comportementale des projections du BVM : L’inhibition de l’activité des neurones du BVM réduit significativement les performances des souris dans une tâche de discrimination auditive, en particulier pour des sons proches en fréquence.

Conclusion

Cette étude révèle une nouvelle voie thalamo-corticale, à savoir les projections du BVM vers le cortex auditif. Cette voie fonctionne en parallèle avec la voie classique MGB/Auc, participant conjointement au traitement des informations auditives. Les projections du BVM présentent des propriétés de réglage de fréquence et forment principalement des connexions synaptiques excitatrices avec les interneurones NDNF+ dans la couche 1 du cortex auditif. L’inhibition des projections du BVM réduit significativement la réponse des neurones du cortex auditif aux sons et altère les performances des souris dans une tâche de discrimination des fréquences sonores. Cette découverte élargit non seulement notre compréhension des mécanismes de traitement des informations auditives, mais ouvre également de nouvelles perspectives pour le traitement des troubles auditifs.

Points forts de la recherche

  1. Découverte d’une nouvelle voie thalamo-corticale : Cette étude est la première à révéler les projections du BVM vers le cortex auditif, élargissant notre compréhension des mécanismes de traitement des informations auditives.
  2. Propriétés de réglage de fréquence : Les projections du BVM présentent des propriétés de réglage de fréquence, correspondant à la carte tonotopique du cortex auditif, indiquant leur sélectivité de fréquence dans le traitement des informations auditives.
  3. Identification des cibles synaptiques : Les axones du BVM forment principalement des connexions synaptiques excitatrices avec les interneurones NDNF+ dans la couche 1 du cortex auditif, révélant leur rôle dans la modulation de l’activité des neurones corticaux.
  4. Validation comportementale : L’inhibition des projections du BVM réduit significativement les performances des souris dans une tâche de discrimination auditive, en particulier pour des sons proches en fréquence, validant leur importance comportementale.

Signification et valeur

Cette étude révèle non seulement le rôle crucial des projections du BVM vers le cortex auditif dans le traitement des informations auditives, mais ouvre également de nouvelles perspectives pour le traitement des troubles auditifs. Par exemple, en modulant l’activité des projections du BVM, il pourrait être possible d’améliorer la perception auditive des patients souffrant de troubles auditifs. De plus, cette étude offre de nouvelles perspectives pour comprendre les mécanismes de traitement d’autres informations sensorielles.

Autres informations utiles

Cette étude a utilisé diverses techniques avancées, notamment le traçage rétrograde fluorescent, la chimio-génétique, l’imagerie calcique biphotonique, l’optogénétique et l’enregistrement en patch-clamp en cellule entière. L’application de ces techniques a non seulement amélioré la précision et la fiabilité de la recherche, mais fournit également des références techniques pour les études futures.