Why can you kill mosquitoes in the dark? Towards solving sound localization with a biologically plausible spiking neural simulation

The ability to localize sounds in space is one of the most studied aspects of hearing. Yet, despite the apparent simplicity, the exact mechanisms behind sound localization in mammals are still uncertain. In this thesis we started from an existing spiking neuronal model mimicking the auditory brainstem circuitry and its tonotopic organization and we increased its bioplausibility. We applied a dual focus on inputs and outputs of the network: using advanced peripheral processing models, we simulated how sound is received and transduced into neural signals by the cochlea; these signals are processed by a neural simulation and integrated by higher nuclei. We then investigated the most recent proposals for this integration and explored a possible way to achieve further processing in the midbrain.

La capacità di localizzare i suoni nello spazio è uno delle funzioni più studiate dell'udito. Tuttavia, nonostante l'apparente semplicità, i meccanismi che stanno alla base di questa capacità nei mammiferi sono ancora ignoti. In questa tesi siamo partiti da una rete neuronale spiking esistente che imita il circuito del tronco encefalico uditivo e la sua organizzazione tonotopica e ne abbiamo aumentato la bioplausibilità. Abbiamo applicato un duplice focus su input e output della rete: utilizzando modelli avanzati di elaborazione periferica, abbiamo simulato come il suono viene ricevuto e tradotto in segnali neurali dalla coclea; questi segnali sono in seguito elaborati da una simulazione neurale e integrati dai nuclei superiori. Abbiamo poi analizzato le più recenti teorie in merito a questa integrazione e esplorato una possibile strategia per ottenere un'ulteriore elaborazione nel mesencefalo.