This work examines the link between low-level cortical acoustic processing and higher-level cortical phonemic processing. Specifically, using functional magnetic resonance imaging, it looks at 1) whether or not the vowels [ɑ] and [i] are distinguishable in regions of interest defined by the first two resonant frequencies (formants) of those vowels and 2) whether or not that neural discrimination ability changes based on anatomical region. The formant-frequency based regions of interest are found to respond differentially to [ɑ] and [i] with the response to [ɑ] statistically significantly greater than the response to [i] in the averaged [ɑ] formant-frequency based region. Unexpectedly, the response to [i] is numerically but not statistically significantly greater than the response to [ɑ] in the averaged [i] formant-frequency based region. Additionally, there is not a significant interaction of this pattern with anatomical region, although early cortical auditory regions appear to show the pattern while later ones do not. Further investigation into the results leads to the hypotheses that they could be due to task-specific neural processing strategies and that the link between lower and higher-level cortical auditory processing is more complex than originally hypothesized.

Dans la cochlée, la réponse couplée de sa structure et de son fluide interne peut être représentée sous la forme d’une onde dont les caractéristiques varient en fonction de la position longitudinale. La méthode asymptotique Wentzel-Kramers-Brillouin est adaptée à la modélisation de ce type d’onde. Dans un premier temps, cette méthode est reprise. Un modèle numérique est également développé et les résultats des deux méthodes sont comparés. Dans un deuxième temps, la métohde Wentzel-Kramers-Brillouin est améliorée afin de prendre en compte le couplage entre plusieurs ondes. Le couplage d’un mode propagatif avec des modes évanescents est réalisé et validé. Dans la cochlée, la stimulation des cellules cillées résulte d’un mouvement de cisaillement de la membrane tectoriale et de flexion de la membrane basilaire. Le couplage entre ces deux modes de déformation est encore peu connu et offre une perspective intéressante. Dans un troisième temps, une nouvelle méthode couplant la méthode Wentzel-Kramesr Brillouin et une méthode numérique est développée et validée afin de déterminer des modes transverses de propagation. Cette méthode est appliquée à la mécanique cochléaire et un mode de flexion de la membrane basilaire et un mode relatif à un mouvement de cisaillement de la membrane tectoriale sont déterminés. Enfin, une expérience inspirée des cochlées artificielles est conçue et réalisée. La propagation d’ondes est observée et la tonotopie est mesurée et comparée aux modèles. Afin de limiter la réflexion des ondes et de faciliter la mesure, une combinaison originale du trou noir acoustique avec une lame de largeur variable est utilisée. / The cochlea is the organ of hearing for humans and mammals. It is often modelled as an inhomogeneous waveguide. A travelling wave propagates along the fluid structure coupled waveguide. The mechanical impedance of the structure is varying and provides a frequency place relation. The asymptotic method Wentzel-Kramers-Brillouin allows to solve for the basilar membrane vibration. The evanescents modes are taken into account to provide a better representation compared to the numerical models. As a second step, the finite elements method is used to solve for the transversal modes while the WKB Approximation deals with the longitudinal propagation. The first flexural mode of the basilar membrane is shown. The second propagative mode reveals a shearing motion of the tectorial membrane which can help stimulating the hair cells. An over-size artificial cochlea is designed and built. Thanks to an acoustic black hole, used as a anechoic end, travelling waves are observed on this device. Reflected waves are attenuated and the interferences with incident waves reduced. Mode coupling could be applied not only to evanescent modes but also to propagatives ones. Perspectives for the adaptation of the WKB method to fluid structure inhomogeneous waveguides, and particularly to the immersed acoustic black hole, seem to be very promising.

<div>Hearing loss hinders the communication ability of many individuals despite state-of-the-art interventions. Animal models of different hearing-loss etiologies can help improve the clinical outcomes of these interventions; however, several gaps exist. First, translational aspects of animal models are currently limited because anatomically and physiologically specific data obtained from animals are analyzed differently compared to noninvasive evoked responses that can be recorded from humans. Second, we lack a comprehensive understanding of the neural representation of everyday sounds (e.g., naturally spoken speech) in real-life settings (e.g., in background noise). This is even true at the level of the auditory nerve, which is the first bottleneck of auditory information flow to the brain and the first neural site to exhibit crucial effects of hearing-loss. </div><div><br></div><div>To address these gaps, we developed a unifying framework that allows direct comparison of invasive spike-train data and noninvasive far-field data in response to stationary and nonstationary sounds. We applied this framework to recordings from single auditory-nerve fibers and frequency-following responses from the scalp of anesthetized chinchillas with either normal hearing or noise-induced mild-moderate hearing loss in response to a speech sentence in noise. Key results for speech coding following hearing loss include: (1) coding deficits for voiced speech manifest as tonotopic distortions without a significant change in driven rate or spike-time precision, (2) linear amplification aimed at countering audiometric threshold shift is insufficient to restore neural activity for low-intensity consonants, (3) susceptibility to background noise increases as a direct result of distorted tonotopic mapping following acoustic trauma, and (4) temporal-place representation of pitch is also degraded. Finally, we developed a noninvasive metric to potentially diagnose distorted tonotopy in humans. These findings help explain the neural origins of common perceptual difficulties that listeners with hearing impairment experience, offer several insights to make hearing-aids more individualized, and highlight the importance of better clinical diagnostics and noise-reduction algorithms. </div>

Les surdités neurosensorielles sont classiquement décrites par une élévation des seuils auditifs généralement corrélée à une dégénérescence des cellules ciliées externes (CCE). Toutefois, des travaux récents sur des modèles animaux ont montré qu’un audiogramme normal pouvait être associé à des atteintes auditives périphériques. Ce travail de thèse a contribué à mieux caractériser chez des modèles murins, ces déficiences supraliminaires cachées liées d’une part, à des altérations des CCE et d’autre part, à la dégénérescence de certaines fibres nerveuses auditives. Dans la première partie de cette thèse, l’évolution des profils auditifs de souris présentant une dégénérescence accélérée des CCE, les souris de souche CD1-RjOrl : SWISS, a été caractérisée. Dans cette étude longitudinale, menée au cours du premier mois postnatal, une progressivité de la déficience auditive a été montrée. Toutefois, une discordance surprenante a été mise en évidence entre des seuils auditifs proches des valeurs normales à haute fréquence combinés à des produits de distorsions acoustiques (PDA) absents. Les courbes d’accord de masquage montrent un décalage des pointes vers les basses fréquences. Ces données indiquent que les CCE de la base ne sont plus fonctionnelles et que la perception des hautes fréquences est perturbée. Les observations en microscopie électronique à balayage ont révélé une conformation anormale de la touffe stéréociliaire des CCE au niveau de la base de la cochlée. Ces données témoignent d’une désorganisation de la tonotopie cochléaire. Dans la deuxième partie de cette thèse, l’effet de l’oxaliplatine sur la fonction auditive et sur la morphologie cochléaire a été décrit chez des souris adultes de souche CBA/J. L’oxaliplatine, un sel de platine utilisé en chimiothérapie, a de nombreux effets secondaires parmi lesquels l’apparition d’une neuropathie périphérique. À la suite d’un traitement avec cette drogue, les souris ne présentent pas d’élévation des seuils auditifs et pas d’altération de la fonction des CCE. Cependant, l’étude histologique révèle une dégénérescence surprenante des fibres auditives du ganglion spiral. Avec des tests électrophysiologiques supplémentaires, une diminution de l’amplitude du potentiel d’action composite a été mise en évidence. Le réflexe du système efférent olivocochléaire médian, évalué par un test de suppression controlatéral, semble également être diminué par le traitement. Les souris traitées avec de l’oxaliplatine constituent donc un modèle animal précieux de surdité cachée, qui demande à être mieux caractérisé. Les résultats de ces études confirment l’insuffisance de l’audiogramme pour détecter des altérations subtiles de la cochlée et montrent la nécessité d’améliorer le diagnostic de ces déficiences supraliminaires. Ainsi, les atteintes cachées des CCE peuvent être détectées par l’absence de PDA associée à des potentiels évoqués auditifs normaux et les neuropathies par des PDA présents associés à des potentiels évoqués auditifs anormaux. La combinaison de ces différents tests fonctionnels et électrophysiologiques permettrait une meilleure prise en charge des patients et une amélioration de leur qualité de vie. / Sensorineural hearing loss are classically described by auditory thresholds elevation usually correlated with outer hair cells (OHC) degeneration. However, recent work on animal models has shown that normal audiogram can be associated with peripheral hearing impairments. This thesis contributed to better characterize, in mouse models, these hidden supraliminal deficiencies related on the one hand, with OHC alterations and on the other, to auditory nerve fibers degeneration. In the first part of this thesis, the auditory profiles evolution of mice exhibiting an OHC accelerated degeneration, the CD1-RjOrl: SWISS strain mice, was characterized. In this longitudinal study, conducted in the first postnatal month, a progressivity of the hearing impairment has been observed. However, a surprising discrepancy was found between high frequency hearing thresholds close to normal values associated with missing distortion product otoacoustic emission (DPOAE). The masking tuning curves dips are shifted toward low frequencies. Those data indicate that basal OHC are no longer functional and the perception of high frequencies is disrupted. Observations in scanning electron microscopy revealed an abnormal conformation of the OHC stereocilia bundles at the cochlea base. These results represent an evidence of a disorganized cochlear tonotopy. In the second part of this thesis, the effect of oxaliplatin on the auditory function and on the cochlear morphology was described in adult CBA/J strain mice. Oxaliplatin, a platinum salt used in chemotherapy, has many side effects including development of peripheral neuropathy. Following one treatment with this drug, mice did not present any hearing threshold elevation or OHC function impairment. However, the histological study reveals a surprising degeneration of the spiral ganglion cells. With additional electrophysiological tests, a decrease in the compound action potential amplitude has been demonstrated. The median olivocochlear efferent system reflex, evaluated by a contralateral suppression test, also seems to be diminished by the treatment. The mice treated with oxaliplatin, therefore constitute a precious animal model of hidden deafness, which needs to be better characterized. The results of these studies confirm the audiogram insufficiency to detect subtle cochlea alterations and reveal the need to improve supraliminal deficiencies diagnosis. Thus, hidden OHC impairments can be detected by the absence of DPOAE associated with normal auditory evoked potentials and neuropathies by the presence of DPOAE associated with abnormal auditory evoked potentials. The combination of these functional and electrophysiological tests would allow better management of patients and an improvement in their quality of life.Keywords: hidden hearing loss, CD1 mice, outer hair cells, masking tuning curves, tonotopy, oxaliplatine, spiral