Topic description
Ce projet de thèse s'inscrit dans le cadre du projet Audiosphère, qui vise à établir un nouveau cadre expérimental et théorique pour comprendre comment les animaux forment et utilisent des catégories mentales auditives. Le projet étudie particulièrement les circuits cérébraux sous-jacents à la liaison entre les caractéristiques acoustiques abstraites et les actions comportementales, à travers trois phases : la détermination des catégories mentales auditives chez la souris, la caractérisation des circuits neuronaux de catégorisation, et le déploiement de ces catégories pour optimiser la flexibilité comportementale.
Cette thèse contribue à la première phase en développant les outils expérimentaux nécessaires aux études de catégorisation mentale auditive. L'objectif principal est de concevoir et réaliser un dispositif innovant de spatialisation sonore permettant de synthétiser des sources sonores, fixes ou mobiles, positionnées dans un demi-espace face à une souris maintenue en position d'écoute fixe.
Missions principales
1.Conception de l'antenne audio spatiale : Développer une antenne basée sur une technique de spatialisation par synthèse VBAP (Vector Base Amplitude Panning), adaptée aux contraintes de l'expérimentation sur petit animal. Cette technologie permettra de créer des sources sonores virtuelles précisément positionnées dans l'espace.
2.Réalisation du dispositif expérimental : Concevoir et assembler l'ensemble du système comprenant la structure mécanique, les chaînes audio multicanaux et le système de pilotage. Les chaînes audio seront optimisées pour fonctionner dans la gamme 1-20 kHz et, si possible, conçues pour étendre cette gamme jusqu'à 40 kHz. Le système sera transportable pour être installé ultérieurement dans un laboratoire de neurosciences.
3.Développement d'un système de caractérisation acoustique : Concevoir et réaliser un dispositif permettant de mesurer et valider les performances acoustiques de l'antenne. Ce système pourra initialement reposer sur un microphone mobile confronté à des simulations numériques, avec la perspective d'évoluer vers une antenne fixe de microphones pour une caractérisation spatiale complète.
4.Étude de faisabilité : Explorer les possibilités de restitution d'un paysage sonore tridimensionnel en utilisant des techniques avancées alternatives telles que la synthèse de front d'onde (WFS), l'Ambisonique d'ordre élevé (HOA) ou le beam forming. Ces techniques pourront être testées en comparaison avec le VBAP, soit théoriquement soit expérimentalement.
5.Mise en œuvre expérimentale : Installer, tester et exploiter l'antenne pour réaliser des études de catégorisation mentale auditive chez la souris. Le système de stimulation audio devra être synchronisé avec un dispositif d'enregistrement de l'activité neuronale à haute densité spatiale (sondes Neuropixels). Cette phase impliquera l'analyse de signaux acoustiques et neuronaux.
Déroulement et encadrement
Le travail doctoral se déroulera en deux phases géographiques distinctes. La première partie, consacrée à la conception, la réalisation et la caractérisation du dispositif, se déroulera au Laboratoire de Mécanique et d'Acoustique (LMA) à Marseille, où le candidat bénéficiera de l'encadrement de Renaud Côte, avec l'appui de Vincent Roggerone et Sandrine Rakotonarivo. L'utilisation de l'antenne avec des sujets vivants se fera au Centre de Recherche en Neurosciences de Lyon (CRNL) durant la dernière année de thèse, sous l'encadrement de Pierre Le Merre et en collaboration avec l'équipe FORGETTING, dirigée par Audrey Hay et Gaël Malleret.
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This doctoral project is part of the Audiosphere project, which aims to establish a new experimental and theoretical framework for understanding how animals form and use auditory mental categories. The project specifically studies the brain circuits underlying the connection between abstract acoustic features and behavioral actions, through three phases: determining auditory mental categories in mice, characterizing the neural circuits of auditory categorization, and deploying these categories to optimize behavioral flexibility.
This thesis contributes to the first phase by developing the experimental tools necessary for auditory mental categorization studies. The main objective is to design and build an innovative sound spatialization system capable of synthesizing sound sources, fixed or mobile, positioned in a half-space in front of a mouse maintained in a fixed listening position.
Main missions
1. Design of the spatial audio array: Develop an array based on VBAP (Vector Base Amplitude Panning) spatialization technique, adapted to the constraints of small animal experimentation. This technology will create precisely positioned virtual sound sources in space.
2. Implementation of the experimental setup: Design and assemble the complete system including the mechanical structure, multichannel audio chains, and control system. The audio chains will be optimized to operate in the 1-20 kHz range and, if possible, designed to extend this range up to 40 kHz. The system will be transportable for later installation in a neuroscience laboratory.
3. Development of an acoustic characterization system: Design and build a device to measure and validate the acoustic performance of the array. This system may initially rely on a mobile microphone compared with numerical simulations, with the prospect of evolving toward a fixed microphone array for complete spatial characterization.
4. Feasibility study: Explore possibilities for rendering a three-dimensional soundscape using advanced alternative techniques such as Wave Field Synthesis (WFS), Higher Order Ambisonics (HOA), or beam forming. These techniques can be tested in comparison with VBAP, either theoretically or experimentally.
5. Experimental implementation: Install, test, and operate the array to conduct auditory mental categorization studies in mice. The audio stimulation system must be synchronized with a high spatial density neural activity recording device (Neuropixels probes). This phase will involve acoustic and neural signal analysis.
Timeline and supervision
The doctoral work will take place in two distinct geographical phases. The first part, dedicated to design, implementation, and characterization of the experimental setup, will take place at the Laboratory of Mechanics and Acoustics (LMA) in Marseille, where the candidate will benefit from supervision by Renaud Côte, with support from Vincent Roggerone and Sandrine Rakotonarivo. The use of the array with living subjects will take place at the Center for Neuroscience Research in Lyon (CRNL) during the final year of the thesis, under the supervision of Pierre Le Merre and in collaboration with the FORGETTING team, led by Audrey Hay and Gaël Malleret.
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Début de la thèse : 01/10/
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Financement d'une fondation pour la recherche française
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