Thèse Traitement Central de l'Audition Optique H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Montpellier
École doctorale : Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé
Laboratoire de recherche : INM - Institut des Neurosciences de Montpellier
Direction de la thèse : Jérôme BOURIEN ORCID 0000000158605772
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-11T23:59:59

À l'heure actuelle, la seule approche de réhabilitation pour les déficiences auditives sévères est l'implant cochléaire électrique. Ce dispositif permet de restaurer la parole dans des environnements calmes, mais l'audition reste altérée dans la plupart des situations quotidiennes, en raison de la grande dispersion de l'excitation autour de chaque électrode. L'optogénétique ouvre la voie aux futurs implants cochléaires optiques (oCI), qui auraient jusqu'à 10 fois plus de canaux de stimulation. L'un des principaux défis du développement de l'oCI consiste à identifier une channelrhodospine capable de stimuler les neurones cochléaires à haute fréquence. Mes récents travaux montrent qu'une activation optogénétique partielle de la cochlée supporte une activation complète du système nerveux central. Ce résultat est essentiel pour le développement d'un oCI, car la plupart des channelrhodopsines déjà testés pourraient être adéquates pour coder optiquement la parole. Cependant, le mécanisme responsable de ce gain neuronal est inconnu et de ce fait, la robustesse de ce mécanisme à la plasticité cérébrale faisant suite à une perte auditive est inconnue. Dans ce projet, je vise à valider la robustesse de la compensation centrale décrite précédemment sur des modèles animaux reproduisant des déficiences auditives humaines, à étudier le mécanisme sous-jacent et à valider l'efficacité d'une approche lumineuse par rapport à l'approche électrique de référence. Les résultats générés vont contribuer à la validation pré-clinique d'un implant cochléaire optique pour restaurer l'audition chez les patients sourds profonds.

By 2050, the World Health Organization predicts that at least 700 million hearing-impaired patients will require hearing rehabilitation. To date, the only effective rehabilitation approach for severe impairment is through electrical cochlear implants (eCI). This medical device converts sound into electric current to directly stimulate auditory neurons (i.e., the spiral ganglion neurons, SGN), thus bypassing the dysfunctional sensory cells (i.e., the inner hair cells, IHC) of the cochlea. However, this approach results in poor hearing performance in typical day-to-day acoustic environments due to the wide spread of current stimulation that recruits outnumbers of neurons irrespective of their genuine innervation and activation threshold. The advent of optogenetics enables the development of the next generation of cochlear implants using light (for review, Huet et al., 2024). In this approach, light-gated ion channels, so-called channelrhodopsins (ChR), are expressed in the SGNs upon virus transduction. Light stimulation through a light emitter array inserted into the cochlea opens the ChR and the light-evoked current depolarizes the SGNs to trigger action potential firing. Given that optical stimulation activates neurons in a spatially confined manner, the optical cochlear implant is expected to improve the frequency selectivity and thus speech comprehension in everyday life and enable music appreciation.
The field of sensory restoration with optogenetics was initially developed in the context of vision, with the retina being the most naturally suited organ for this application. The initial efforts to develop an optogenetic retinal implant were successful, reaching the clinic in 2021 (i.e., partial vision restoration in legally blind patients, Sahel et al., 2021). The processing speed of visual and auditory neurons differs by an order of magnitude, with the auditory neurons being the fastest neurons of central nervous system. This fundamental difference is a major limitation in the development of an optical cochlear implant, as the majority of channelrhodopsins utilized to transduce light into neural activation are relatively slow (Klapoetke et al., 2014). To this end, a broad range of natural and engineered channelrhodopsins have been screened for their ability to activate the SGNs (Bali et al., 2021; Keppeler et al., 2018; Mager et al., 2018; Wrobel et al., 2018) at high stimulation rates. However, all have been found incapable of triggering reliable SGN activation in the stimulation range of 200-300 Hz that is required for hearing restoration. My recent work demonstrated that partial SGN optogenetic activation drives complete activation of the second order neurons of the auditory pathway (i.e., the cochlear nucleus neurons, CNN, (Mittring et al., 2023). This increase in coding between SGNs and CNNs can be referred to a neural gain and was described for two distinct mammal species (mice: Mittring et al., 2023) and gerbils (preliminary data under publication). This finding may prove pivotal in the development of an optical cochlear implant, as it means that, contrary to what was previously thought, it is not necessary to reach maximum SGN fidelity of encoding in order to properly activate central nervous system neurons of the auditory pathway. It would also mean that the majority of the already tested channelrhodopsins may be adequate for optically encoding speech.

Objective 1: Compare the reliability of electrical and optical cochlear stimulation to activate the auditory pathway.
Objective 2: Evaluate the central processing of bionic hearing (electrical and optical) in an animal model of profound hearing impairment.
Objective 3: Evaluate the central processing of bionic hearing on animal model of hidden hearing loss.

Cette offre pourrait vous intéresser si :
- Vous vous intéressez à la logique du codage neuronal et/ou aux prothèses neuronales
- Vous avez l'esprit d'équipe et aimez résoudre des problèmes en trouvant des solutions originales
- Vous manifestez un vif intérêt et, idéalement, avez une expérience dans les domaines des neurosciences systémiques, de l'optogénétique, des neurosciences computationnelles ou du traitement du signal
- Vous possédez de bonnes compétences en communication en anglais (la maîtrise du français n'est pas obligatoire).

Environnement de recherche : Les travaux de recherche seront menés à l'Institut des neurosciences de Montpellier (INM). Cette unité de recherche commune compte 200 personnes réparties en huit équipes de recherche étudiant les déficits sensorimoteurs et la neurodégénérescence. L'INM a pour objectif de réunir la recherche fondamentale et la recherche translationnelle afin d'étudier le développement, la plasticité, l'intégration synaptique et les processus neurodégénératifs conduisant à des troubles des systèmes central et sensorimoteur. L'INM héberge onze plateformes offrant des services et des technologies de pointe (www.inmfrance.com). Les travaux de recherche se dérouleront au sein de l'équipe Audition, dont la mission est de démêler les mécanismes de la surdité et des acouphènes afin d'envisager de nouvelles thérapies. La recherche s'articule autour de l'analyse d'animaux mutants, qui reproduisent les déficits auditifs humains, afin de déchiffrer le processus d'encodage du son et de développer de nouveaux outils diagnostiques et thérapeutiques.