Age-related declines in hearing abilities are common and can be attributed to changes in the peripheral and central levels of the auditory system. Although central auditory processing is enhanced in younger musicians, the influence of lifelong musicianship on age-related decline in central auditory processing has not yet been investigated. Therefore, the purpose of this dissertation was to investigate whether lifelong musicianship can mitigate age-related decline in central auditory processing. In the first experiment, age-related declines on four hearing assessments were compared between musicians and non-musicians. Speech-in-noise and gap-detection thresholds were found to decline at a slower rate in musicians, providing an increasing advantage with age. Furthermore, musicians had a lifelong advantage in detecting a mistuned harmonic, although the rate of age-related decline was similar for both musicians and non-musicians. Importantly, there was no significant effect of musicianship on pure-tone thresholds, suggesting that lifelong musicianship can mitigate age-related decline in central but not peripheral auditory processing. To test this hypothesis, a second experiment compared auditory evoked responses (AERs) between groups of older and younger musicians and non-musicians. Results indicated that exogenous neural activity was enhanced in musicians, but that age-related changes were similar between musicians and nonmusicians. Furthermore, endogenous, attention-dependent neural activity was enhanced in older adults, suggesting a compensatory cognitive strategy. Importantly, endogenous activity was preferentially enhanced in older musicians, suggesting that lifelong musicianship enhanced cognitive processes related to auditory perception. In the final experiment, the ability to segregate simultaneous sounds was tested in older and younger musicians and non-musicians by using a mistuned harmonic paradigm, where AERs to harmonic complexes were compared to AERs when one of the harmonics was mistuned. Results indicated that musical training in older adults has little effect on early automatic registration of the mistuned harmonic. In contrast, late attention-dependent activity, associated with the perception of the mistuned harmonic as a separate sound, was influenced by musical training in older adults, suggesting that lifelong musicianship preserves or enhances cognitive components of concurrent sound segregation. In summary, musical training was found to reduce age-related decline in hearing abilities due to enhanced central processing of auditory information.

Deafness in early development can alter how the brain responds to sound, compromising the restoration of hearing with cochlear implants. We asked how the naïve brain responds to initial cochlear implant stimulation in children who are deaf. Results indicated large variability in initial responses. Deafness associated with GJB-2 mutations led to more uniformity in cortical responses than other etiologies. Responses associated with GJB-2 mutations were characterized by a response peak with large contributions from temporal and frontal regions of the brain. This response may reflect an early stage of auditory development. By contrast, another response type, typical of normal hearing children, received less contribution from frontal regions. Through consistent cochlear implant use, frontal regions of the brain may not be as strongly recruited. Effects of deafness in early development are heterogeneous, which may reflect differences in etiology of deafness and different stages of auditory development.

Deafness in early development can alter how the brain responds to sound, compromising the restoration of hearing with cochlear implants. We asked how the naïve brain responds to initial cochlear implant stimulation in children who are deaf. Results indicated large variability in initial responses. Deafness associated with GJB-2 mutations led to more uniformity in cortical responses than other etiologies. Responses associated with GJB-2 mutations were characterized by a response peak with large contributions from temporal and frontal regions of the brain. This response may reflect an early stage of auditory development. By contrast, another response type, typical of normal hearing children, received less contribution from frontal regions. Through consistent cochlear implant use, frontal regions of the brain may not be as strongly recruited. Effects of deafness in early development are heterogeneous, which may reflect differences in etiology of deafness and different stages of auditory development.

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La privation sensorielle, et tout particulièrement la déficience auditive, s’avère un excellent modèle théorique pour étudier les phénomènes de neuroplasticité dans le cerveau humain ainsi que les comportements adaptatifs qui se manifestent afin de soutenir le quotidien des individus privés d’une modalité sensorielle. Pour s’adapter à leur handicap, les individus sourds se reposent quotidiennement sur leurs autres sens restés intacts. Les éléments de preuves les plus cohérents dans la littérature sont en faveur de performances visuelles et tactiles supérieures chez les individus sourds profonds congénitaux. Dans cette étude, nous souhaitons explorer les habiletés olfactives chez les individus sourds congénitaux. Pour cela, nous avons évalué de façon exhaustive les capacités olfactives de 11 individus sourds congénitaux par le biais de tâches psychophysiques portant sur les processus de détection, d’identification, de discrimination et de localisation d’odorants, en comparaison à 11 individus neurotypiques. Le test du Sniffin’ Sticks et un olfactomètre ont été utilisés afin d’identifier de potentielles différences de performance olfactive entre les deux populations. Les résultats démontrent que la privation auditive entraine des performances supérieures dans la modalité olfactive chez les individus sourds congénitaux en comparaison à des individus neurotypiques. / Sensory deprivation, and particularly hearing impairment, is an excellent theoretical model for studying the phenomena of neuroplasticity in the human brain, as well as the adaptive behaviors available in order to support the daily lives of individuals deprived of a sensory modality. To adapt to their handicap, deaf individuals rely daily on their other senses that have remained intact. Evidence from literature has consistently supported superior visual and tactile performance in congenitally deep deaf individuals. In this study, we explored complete olfactory skills in congenitally deaf individuals. For this, we evaluated the olfactory capacities of 11 congenitally deaf individuals through psychophysical tasks relating to the processes of detection, identification, discrimination and localization of odors, in comparison with 11 hearing individuals. The Sniffin’Sticks test and an olfactometer were used to identify potential differences in olfactory performance between the two groups. The results demonstrated that hearing deprivation leads to superior performance in terms of olfactory modality in congenitally deaf individuals compared to hearing individuals.

Le système vestibulaire joue un rôle important pour plusieurs fonctions, notamment, la perception de mouvement et le maintien de l’équilibre par l’entremise du contrôle postural. Or, une dégradation de la fonction de ce système peut avoir un impact sur le contrôle postural et ainsi augmenter le risque de chutes. Au courant des dernières années, la stimulation vestibulaire galvanique noisy (nGVS) a été démontrée comme étant efficace pour stimuler le système vestibulaire et améliorer le contrôle postural. Toutefois, les données de la nGVS sont fragmentaires et les paramètres optimaux de stimulation n’ont pas été établis. L’objectif général de la thèse était d’examiner l’effet de la nGVS sur le contrôle postural. Plus précisément, cette thèse visait à déterminer la méthodologie optimale de la nGVS et l’influence de la nGVS sur le contrôle postural d’une population présentant une dégradation de la fonction vestibulaire, soit des personnes âgées. La première étude avait pour objectif d’examiner l’effet post-stimulation de la nGVS sur le contrôle postural comparativement à une stimulation placebo. Ainsi, 14 adultes ont reçu une stimulation nGVS alors que 14 autres adultes ont reçu une stimulation placebo (sham). Le contrôle postural a été examiné avant la stimulation, immédiatement après la fin de la stimulation et 1 heure post-stimulation. Les résultats ont démontré une amélioration posturale similaire chez le groupe nGVS et le groupe sham, suggérant donc l’absence d’effet de la nGVS et ainsi un biais expérimental. De ce fait, cette étude a souligné l’importance d’un groupe contrôle lors de l’étude des effets de la nGVS sur le contrôle postural. La seconde étude visait à examiner l’effet de la densité du courant de la nGVS sur le contrôle postural en manipulant la taille des électrodes de stimulation. 36 adultes ont été séparés en 2 groupes expérimentaux, recevant la nGVS, et 1 groupe contrôle, recevant une stimulation placebo. Les groupes expérimentaux recevaient la nGVS soit avec des électrodes 35 cm2 ou 3 cm2. Ainsi, une amélioration posturale significative a été induite par la nGVS appliquée avec les électrodes de 3 cm2, soit celles avec une densité de courant plus élevée, comparativement à la nGVS avec électrodes de 35 cm2 et la stimulation placebo. La troisième étude visait à examiner l’effet de la nGVS sur le contrôle postural de personnes âgées avec et sans atteinte vestibulaire. De plus, cette étude explorait également l’effet post-stimulation de la nGVS chez les personnes âgées en comparaison à une stimulation placebo. Pour ce faire, 24 personnes âgées ont reçu la nGVS, la moitié avait une atteinte vestibulaire et l’autre moitié avait une fonction vestibulaire normale, et 12 personnes âgées ont reçu une stimulation placebo. Les données ont révélé une amélioration significative du contrôle postural induite par la nGVS comparativement à la stimulation placebo. De plus, une plus grande amélioration posturale a été observée chez les personnes âgées avec atteinte vestibulaire que les sujets âgés avec fonction vestibulaire normale après l’arrêt de la stimulation. Les résultats ont également démontré que l’amélioration posturale induite par la nGVS était maintenue après l’arrêt de la stimulation. Globalement, ces études soulignent des considérations méthodologiques de la nGVS, précisément, l’importance d’une stimulation placebo et de la densité du courant. De plus, les résultats suggèrent également un effet bénéfique de la nGVS sur le contrôle postural de personnes âgées, et celles présentant une atteinte vestibulaire en bénéficieraient davantage. Toutefois, des études futures sont requises pour déterminer les effets à long terme de la nGVS et les applications cliniques. / The vestibular system plays an important role for self-motion perception and balance through postural control. Therefore, a vestibular impairment can notably lead to a decrease of postural control and a higher risk of falls. Recently, noisy galvanic vestibular stimulation has been shown to stimulate the vestibular system and thereby improves postural control. However, until now, the optimal methodology for nGVS has not been determined, and the influence of the vestibular function on the effect of nGVS on postural has not been studied. Therefore, the main objective of the thesis was to examine the effect of nGVS on postural control. More precisely, this thesis aimed at determining the optimal methodology to apply with nGVS and to examine the effect of nGVS in a population with a decreased vestibular function, namely older adults. The first study aimed at investigating the sustained effect of nGVS on postural control compared to a sham stimulation. 28 adults were recruited and they either received nGVS or a sham stimulation. Postural control was assessed before stimulation, immediately after stimulation and 1 hour post-stimulation. Results showed a similar improvement of postural control for nGVS and sham, therefore suggesting an experimental bias. This study underlined the importance of a sham stimulation in the exploration of the sustained effect of nGVS on postural stability. The second study aimed at examining the effect of nGVS current density on postural control. To manipulate current density, two different sizes of electrodes were used, therefore 12 adults received nGVS with 35 cm2 electrodes while 12 others received nGVS with 3 cm2 electrodes. The nGVS groups were compared to 12 adults receiving a sham stimulation. The results demonstrated that only nGVS applied with 3 cm2 induced a significant improvement of postural compared to nGVS applied with 35 cm2 and sham stimulation. Therefore, it suggested that higher current density is needed to improve vestibular function. The third study aimed at determining the effect of nGVS on postural control in older adults with and without vestibular impairment. Furthermore, a second objective was to examine the post-stimulation effect of nGVS in older adults compared to a sham stimulation. 36 older adults were recruited, and 24 received nGVS while 12 received a sham stimulation. The nGVS group was composed of 12 older adults with vestibular impairment and 12 with a normal vestibular function. The results revealed that nGVS significantly improved postural control of older adults compared to a sham stimulation. The improvement induced by nGVS was significantly greater in older adults with vestibular impairment compared to older adults with normal vestibular function after the end of stimulation. Furthermore, the effect of nGVS on postural control was sustained after the end of the stimulation period. In summary, these studies underlined important methodological parameters of nGVS and results showed that nGVS could be a promising approach to use with populations with a decreased vestibular function, such as older adults. However, further studies are needed to examine the extent of the sustained effect of nGVS on postural control and to evaluate clinical applications.

L’implant cochléaire devient une ressource importante pour contrer la surdité alors qu’il a été démontré qu’une privation auditive précoce ou tardive affecte le développement des systèmes auditif et visuel. Le but des études présentées dans cette thèse est d’évaluer l’impact développemental d’une privation auditive sur les systèmes auditif et visuel. En premier lieu, l’étude du développement chez une population entendante a montré que les systèmes auditif et visuel se développent à des rythmes distincts et qu’ils atteignent leur maturité respective à des âges différents. Ces conclusions suggèrent que les mécanismes qui sous-tendent ces deux systèmes sont différents et que leur développement respectif est indépendant. Aussi, tel qu’observé par une mesure comportementale et électrophysiologique, la discrimination fréquentielle auditive chez les personnes porteuses d’un implant cochléaire est altérée et corrélée aux performances de perception de la parole. Ces deux études suggèrent que suite à une privation auditive, le traitement auditif diffère d’une personne malentendante à une autre, et que ces différences touchent les processus de bas-niveaux, tel que suggéré par la disparité présente dans les performances de discrimination fréquentielle. La dernière étude observe qu’une privation auditive affecte aussi le développement de la modalité visuelle, tel qu’indiqué par une diminution des capacités de discrimination visuelle observée chez des malentendants. Cette indication appuie l’hypothèse qu’un développement normal de chacun des sens est requis pour un développement optimal des autres sens. Globalement, les résultats présentés dans cette thèse suggèrent que les systèmes auditif et visuel se développent de façon distincte, mais demeurent toutefois interreliés. En effet, une privation auditive affecte non seulement le développement des habiletés auditives, mais aussi celui des habiletés visuelles, suggérant une interdépendance entre les deux systèmes. / The cochlear implant is an important resource for deaf people, as it is known that an auditory deprivation alters the auditory and the visual systems. We aimed to study the impact of deafness on the development of the auditory and visual systems. First, the study of these systems in a hearing population has shown that both systems develop at different rates and reach adult-like levels at different ages. These conclusions suggest that the mechanisms underlying these treatments are different and that their developments are independent. Moreover, as shown with the behavioral and the electrophysiological study, auditory frequency discrimination in cochlear implant users is altered and correlated with the speech perception performance. These two studies suggest that following deafness, the auditory discrimination is different from one individual to another, and also that these differences affect lower processing, as shown by differences found in auditory discrimination. Finally, a hearing deprivation also modifies the visual system, as shown by a reduction in the visual frequency discrimination. This last study suggests that normal development in one modality is required for the efficient development of the other modalities. Globally, the results shown in this thesis suggest that the auditory and visual systems have a distinct development, but are however linked and suggest the interdependence of the two systems.

Chez plusieurs espèces, les neurones auditifs sensibles à la durée de la stimulation sont présents au niveau des collicules inférieurs. Toutefois, le décours temporel de leur développement fonctionnel est inconnu. Étant donné que le collicule supérieur est l’un des principaux relais sous-cortical impliqué dans l’intégration des stimuli audio-visuels, nous voulons déterminer si le collicule supérieur du rat contient de tels neurones et s’ils sont sensibles et sélectifs à différentes durées de stimulation auditive. De plus, l'originalité de cette étude est de déterminer les étapes de leur maturation fonctionnelle. Des enregistrements neuronaux unitaires et extra-cellulaires sont effectués dans le collicule supérieur de rats juvéniles (P15-P18, P21-P24, P27-P30) et adultes anesthésiés. La sensibilité à la durée est déterminée lors de la présentation de bruits gaussiens (2-10 dB SPL au-dessus du seuil) de durées variables (3-100 ms). Seulement un faible pourcentage des neurones du collicule supérieur est de type passe-bande (3-9% des neurones parmi les ratons et 20% chez les rats adultes). Une différence significative de la distribution entre les différents types de neurones auditifs sensibles à la durée est présente au cours du développement: les neurones de type passe-haut (63-75%) sont présents en majorité chez les groupes juvéniles alors que 43% des neurones sont de type insensible à la durée de la stimulation auditive chez les rats adultes. Ces résultats montrent qu’une population importante de neurones auditifs du collicule supérieur du rat est sensible à la durée des signaux sonores et qu’un développement fonctionnel important survient au cours du premier mois postnatal. / In many species, duration-sensitive neurons which could possibly analyse species-specific vocalizations are encountered in the inferior colliculus. However, their postnatal development is unknown. Since the superior colliculus is one of the most important subcortical relay implicated in the audiovisual integration, we sought to gain insight on whether the SC of the rat contains such neurons and, if so, whether they are sensitive and selective to duration. Furthermore, the originality of this study is to determine their fonctional maturation. Extracellular single-unit recordings were assessed in the deep layers of the superior colliculus of anesthetized rats throughout postnatal days (P15 – P18, P21 – P24, P27 – P30) and at adulthood. Gaussian noises of different durations (3-100 ms) were presented in free-field in pseudo-random order (2 – 10 dB SPL above threshold). Only few neurons are band-pass: about 3 – 9% across the different age groups (P15 – P30) and 20 % in adults. Thus, in terms of categories of duration-sensitive neurons profiles, a significant difference was evident across postnatal development: long-pass (63-75%) neurons were mostly encountered in the different groups of pups relative to all-pass (43%) in adult rats. These results demonstrate that a large population of neurons in the superior colliculus of the rat is sensitive to noise durations and that important development changes occur during postnatal maturation.

L’implant cochléaire devient une ressource importante pour contrer la surdité alors qu’il a été démontré qu’une privation auditive précoce ou tardive affecte le développement des systèmes auditif et visuel. Le but des études présentées dans cette thèse est d’évaluer l’impact développemental d’une privation auditive sur les systèmes auditif et visuel. En premier lieu, l’étude du développement chez une population entendante a montré que les systèmes auditif et visuel se développent à des rythmes distincts et qu’ils atteignent leur maturité respective à des âges différents. Ces conclusions suggèrent que les mécanismes qui sous-tendent ces deux systèmes sont différents et que leur développement respectif est indépendant. Aussi, tel qu’observé par une mesure comportementale et électrophysiologique, la discrimination fréquentielle auditive chez les personnes porteuses d’un implant cochléaire est altérée et corrélée aux performances de perception de la parole. Ces deux études suggèrent que suite à une privation auditive, le traitement auditif diffère d’une personne malentendante à une autre, et que ces différences touchent les processus de bas-niveaux, tel que suggéré par la disparité présente dans les performances de discrimination fréquentielle. La dernière étude observe qu’une privation auditive affecte aussi le développement de la modalité visuelle, tel qu’indiqué par une diminution des capacités de discrimination visuelle observée chez des malentendants. Cette indication appuie l’hypothèse qu’un développement normal de chacun des sens est requis pour un développement optimal des autres sens. Globalement, les résultats présentés dans cette thèse suggèrent que les systèmes auditif et visuel se développent de façon distincte, mais demeurent toutefois interreliés. En effet, une privation auditive affecte non seulement le développement des habiletés auditives, mais aussi celui des habiletés visuelles, suggérant une interdépendance entre les deux systèmes. / The cochlear implant is an important resource for deaf people, as it is known that an auditory deprivation alters the auditory and the visual systems. We aimed to study the impact of deafness on the development of the auditory and visual systems. First, the study of these systems in a hearing population has shown that both systems develop at different rates and reach adult-like levels at different ages. These conclusions suggest that the mechanisms underlying these treatments are different and that their developments are independent. Moreover, as shown with the behavioral and the electrophysiological study, auditory frequency discrimination in cochlear implant users is altered and correlated with the speech perception performance. These two studies suggest that following deafness, the auditory discrimination is different from one individual to another, and also that these differences affect lower processing, as shown by differences found in auditory discrimination. Finally, a hearing deprivation also modifies the visual system, as shown by a reduction in the visual frequency discrimination. This last study suggests that normal development in one modality is required for the efficient development of the other modalities. Globally, the results shown in this thesis suggest that the auditory and visual systems have a distinct development, but are however linked and suggest the interdependence of the two systems.

Le diagnostic de l’acouphène repose sur le rapport verbal du patient. Cependant, les paramètres psychoacoustiques, tels que la hauteur et la sonie de l’acouphène, sont essentiels pour l’évaluation et pour discriminer les fausses plaintes. Quantifier le percept de l’acouphène reste un objectif de recherche important. Nous avons cherché à: (1) évaluer la précision d'une nouvelle méthode d'évaluation des acouphènes du type « likeness rating » avec une méthode de présentation continue de la hauteur, en considérant la formation musicale, et (2) vérifier si les mesures psychoacoustiques de l’acouphène ont la sensibilité et la spécificité pour détecter les personnes simulant un acouphène. Nous avons recruté des musiciens et des non-musiciens souffrant d'acouphènes et des simulateurs sans acouphènes. La plupart d’entre eux ont été testés une seconde fois quelques semaines plus tard. La hauteur de l’acouphène a d’abord été évaluée en utilisant la méthode « likness rating ». Des sons purs ont été présentés de manière aléatoire de 0.25 kHz à 16 kHz et les participants devaient coter la ressemblance de chaque son par rapport à leur acouphène, et en ajuster son volume de 0 à 100 dB SPL. La hauteur a ensuite été évaluée par une méthode, où les participants devaient apparier la hauteur de leur acouphène en déplaçant leur doigt sur une bande tactile générant des sons purs en continu de 0.5 kHz à 20 kHz par pas de 1 Hz. Les capacités à apparier des sons externes ont été évaluées en utilisant cet appareil. La hauteur prédominante de l’acouphène était similaire entre les deux méthodes pour les musiciens et les non-musiciens, bien que les musiciens montraient de meilleures capacités d’appariement face à des sons externes. Les simulateurs ont coté la sonie bien au-dessus que les autres groupes avec un grand degré de spécificité (94,4%), et ont été inconsistants dans l’appariement de cette sonie (pas de la hauteur) d’une session à une autre. Les données de la seconde session montrent des réponses similaires pour l’appariement de la hauteur pour les deux méthodes ainsi que pour tous nos participants. En conclusion, la hauteur et la sonie correspondent au percept de l’acouphène et doivent en plus être utilisées avec des échelles visuelles analogiques, qui sont plus corrélées avec la gêne et la détresse. Enfin, l’appariement de la sonie est sensible et spécifique à déterminer la présence de l’acouphène. / The diagnosis of tinnitus relies on self-report. Psychoacoustic measurements of tinnitus pitch and loudness are essential for assessing and discriminating true claims from false. For this reason, the quantification of tinnitus remains a challenging research goal. We aimed to: (1) assess the precision of a new tinnitus likeness rating procedure with a continuous pitch presentation method, controlling for music training, and (2) test whether tinnitus psychoacoustic measurements have the sensitivity and specificity required to detect people faking tinnitus. Musicians and non-musicians with tinnitus, and simulated malingerers without tinnitus were tested. Most were retested several weeks later. Tinnitus pitch matching was first assessed using the likeness rating method: Pure tones between 0.25 to 16 kHz were presented randomly to participants who had to rate the likeness of each tone to their tinnitus, and to adjust its loudness from 0 to 100 dB SPL. Tinnitus pitch matching was then assessed with a continuous pitch method. Participants had to match the pitch of their tinnitus by moving their finger across a touch sensitive strip, which generated a continuous pure tone from 0.5 to 20 kHz in 1 Hz step. Pitch matching abilities to external tones were assessed using this device. The predominant tinnitus pitch was consistent across the two methods for both musicians and non-musicians, although musicians displayed better external tone pitch matching abilities. Simulated malingerers rated loudness much above the other groups with a high degree of specificity (94.4%) and were unreliable in loudness (not pitch) matching from one session to the other. Retest data showed similar pitch matching responses for both methods for all participants. In conclusion, tinnitus pitch and loudness reliably corresponds to the tinnitus percept and psychoacoustic loudness matches are sensitive and specific to the presence of tinnitus. Furthermore, this novel method should be used along with visual analog scales, which are more correlated to mood and distress.