Jérémie Barral Mise en lumière du circuit auditif : de la cochlée au cerveau

Les cellules ciliées, les gardiennes du son 

Après avoir traversé l’oreille externe et l’oreille moyenne, les ondes sonores sont transmises à l’oreille interne où se trouve l’organe auditif des mammifères : la cochlée. Cette structure possède des caractéristiques physiques et mécaniques très particulières qui permettent de décomposer les différentes composantes des sons. La transformation du signal sonore est réalisée dans la cochlée par les cellules ciliées mécano-sensorielles. Ces cellules, selon leur emplacement dans la cochlée, captent des fréquences sonores différentes, c’est-à-dire un nombre donné d’oscillations par seconde qui permet de caractériser un son grave ou aigu. Ainsi, les cellules ciliées transmettent au cerveau l’information sur les caractéristiques des sons perçus de manière très précise. Certaines personnes sourdes ou malentendantes ont un défaut du fonctionnement des cellules ciliées. Des implants cochléaires permettent actuellement de stimuler électriquement les neurones qui se trouvent en aval des cellules ciliées, permettant à ces personnes de récupérer partiellement l’audition.

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Les cellules ciliées en action 

La perception du son, des cellules ciliées jusqu’au cerveau, est le centre d’intérêt de Jérémie Barral depuis le début de sa carrière scientifique. Avec son équipe, il se penche sur des questions fondamentales essentielles pour comprendre les mécanismes impliqués dans l’audition et développer des stratégies à visée thérapeutique. 

• Combien de cellules ciliées doivent être activées pour percevoir un son ? 
• Comment les caractéristiques d’un son, comme l'intensité et de la fréquence, sont-elles transmises entre les cellules ciliées et le cerveau ? 
• Quel est le circuit que suit un stimulus auditif dans le cerveau ? 

Ces questions ne peuvent pas être étudiées en utilisant votre morceau de musique préféré, car il reste difficile de séparer les différentes composantes d'un son dans la cochlée. Jérémie Barral et son équipe ont mis au point dans leur laboratoire une technique qui permettra de stimuler spécifiquement les cellules ciliées pour s’affranchir de la complexité des sons et pouvoir décortiquer le circuit neuronal de l’audition.

Mettre en lumière le circuit auditif 

L’optogénétique est une technique développée en 2006 qui permet d’activer une cellule avec de la lumière. Dans le cadre du projet Impulscience porté par Jérémie Barral, l’optogénétique permettra d’activer sélectivement les cellules ciliées et d’en observer les conséquences dans le cerveau. Cette stimulation spécifique permettra alors de déterminer le nombre et la localisation des cellules à stimuler pour mimer une fréquence ou une intensité sonore précises. Elle permettra également de déterminer comment stimuler ces cellules pour générer une réponse similaire à celle générée par un son complexe. Il sera possible de suivre le circuit de neurones qui est responsable de la propagation de l’information auditive dans le cerveau. 

Cette mise en lumière permettra d’étudier l'audition normale et de reproduire l'entrée auditive aussi fidèlement que possible. Si la génération de prothèses n’est pas un objectif à court terme de ce projet, il contribuera certainement à envisager l’utilisation de l’optogénétique pour guérir certaines surdités.

Séjour post-doctoral

Jérémie Barral soutient sa thèse sur « L’amplificateur des cellules ciliées de l’oreille interne » à l'Université Paris 7 - École doctorale frontières du vivant / Laboratoire de physico-chimie de l’Institut Curie en 2011. Avec le soutien de la Fondation, il réalise ensuite son stage post-doctoral au Center for neural science de l'Université de New York (États-Unis). Dans le laboratoire du Docteur Alex Reyes, il étudie « Le traitement de l’information par des réseaux de neurones dans un environnement micro fabriqué » 

Afin de comprendre comment l’architecture du réseau de neurones permet au cerveau de traiter une information et d’y apporter une réponse appropriée, le projet de Jérémie Barral propose de reconstituer in vitro des réseaux de neurones de façon contrôlée. Ce dispositif fournira un modèle permettant d’appréhender le traitement de l’information par le cerveau. Cet outil, qui constitue un modèle idéal pour le screening de nouvelles cibles thérapeutiques, pourra être utilisé à des fins pharmacologiques.