Thèse soutenue

Codage neuronal de l'ordre des signaux acoustiques dans les chants des oiseaux

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Auteur / Autrice : Aurore Cazala
Direction : Catherine Del NegroNicolas Giret
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
Date : Soutenance le 10/12/2019
Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Signalisations et réseaux intégratifs en biologie (Le Kremlin-Bicêtre, Val-de-Marne ; 2015-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des neurosciences Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
Jury : Président / Présidente : Christophe Pallier
Examinateurs / Examinatrices : Catherine Del Negro, Nicolas Giret, Bénédicte Poulin-Charronnat, Jean-François Léger, Dalila Bovet
Rapporteurs / Rapporteuses : Bénédicte Poulin-Charronnat, Jean-François Léger

Résumé

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Le chant des oiseaux, comme le langage oral chez les humains, nécessite une reconnaissance fine des signaux acoustiques émis. Mais un chant d’oiseau n’est pas qu’une simple succession d’éléments sonores, appelés syllabes. L’agencement des syllabes suit des règles, et, d’un point de vue comportemental, les oiseaux peuvent discriminer les chants en fonction de cet agencement. Comme ils possèdent, de plus, un ensemble de régions cérébrales spécialisées dans la perception, la production et l’apprentissage du chant, ils sont un très bon modèle d’étude des mécanismes neuronaux impliqués dans le traitement de l’ordre temporel des signaux acoustiques. Au cours de cette thèse, cette question a été le cœur de deux études basées sur des enregistrements électrophysiologiques (extracellulaires) de l’activité des neurones lors de la diffusion de chants.La première étude a porté sur le traitement de l’ordre au niveau d’une aire analogue du cortex auditif secondaire des mammifères, le nidopallium caudo-médian (NCM), chez une espèce, le diamant mandarin (Taeniopygia guttata), capable de discriminer des chants suivant l’agencement des syllabes. Les neurones du NCM ont la particularité d’avoir des réponses qui diminuent lors des répétitions d’un stimulus et qui augmentent si un nouveau chant est présenté. En se basant sur cette propriété d’adaptation, nous avons montré qu’il n’est pas nécessaire de changer de chant, un changement de l’ordre des syllabes suffit à réinstaller des réponses. Changer l’ordre modifie le contexte acoustique dans lequel se trouve une syllabe (ce qui précède est différent), les neurones du NCM seraient donc sensibles à ce contexte. Pour aller plus loin, nous avons utilisé comme stimuli de courtes séquences composées de 2 syllabes différentes, A et B, organisées selon les structures grammaticales ABAB ou AABB. Les résultats montrent que les neurones détectent cette différence de structure, apportant un argument supplémentaire à l’hypothèse d’un traitement de la façon dont les syllabes se succèdent dans un chant.La deuxième étude a porté sur le traitement de l’ordre des syllabes dans une aire sensori-motrice, le HVC, chez le canari (Serinus canaria). Les neurones du HVC ont déjà été identifiés comme sensibles à l’ordre des syllabes dans le propre chant de l’oiseau (bird’s own song ou BOS). Le canari produit des chants complexes composés de phrases successives, elles-mêmes contenant des répétitions d’une même syllabe. L’agencement des phrases dans les chants est régi par des probabilités de transition et conduit à former des séquences stéréotypées et récurrentes dans les chants, les chunks. De plus, la position des phrases varie d’une phrase à l’autre. L’activité des neurones du HVC a été enregistrée lors de la diffusion d’un des BOS de l’oiseau composé de 3 chunks et de variantes : le BOS dans lequel seul l’ordre des phrases dans un chunk ou seul l’ordre des chunks est modifié. Les résultats montrent un impact plus fort des modifications de l’ordre des chunks que de l’ordre des phrases dans les chunks, sur les réponses neuronales. Contrairement à une étude chez une autre espèce d’oiseau, nos résultats n’apportent pas d’arguments en faveur de l’idée que la sensibilité à l’ordre repose sur un traitement des probabilités de transition entre les phrases. Ils suggèrent que la sensibilité des neurones s’étend sur plusieurs phrases, au-delà de la structure des chunks eux-mêmes et dépend de l’ordre des chunks dans le chant.Ces études montrent que les réponses des neurones à une syllabe ou à une phrase donnée dépendent de ce qui la précède, que ce soit au niveau d’une aire sensorimotrice ou d’une aire auditive de haut niveau. Au niveau du HVC, cette sensibilité au contexte peut s’étendre sur plusieurs phrases, et donc plusieurs secondes, permettant d’envisager comment l’ordre des mots du langage humain pourrait être traité au niveau neuronal.