Automatic detection for a comprehensive view of Mayotte seismicity

International audienc

Initial results from a hydroacoustic network to monitor submarine lava flows near Mayotte Island

In 2019, a new underwater volcano was discovered at 3500 m below sea level (b.s.l.), 50 km east of Mayotte Island in the northern part of the Mozambique Channel. In January 2021, the submarine eruption was still going on and the volcanic activity, along with the intense seismicity that accompanies this crisis, was monitored by the recently created REVOSIMA (MAyotte VOlcano and Seismic Monitoring) network. In this framework, four hydrophones were moored in the SOFAR channel in October 2020. Surrounding the volcano, they monitor sounds generated by the volcanic activity and the lava flows. The first year of hydroacoustic data evidenced many earthquakes, underwater landslides, large marine mammal calls, along with anthropogenic noise. Of particular interest are impulsive signals that we relate to steam bursts during lava flow emplacement. A preliminary analysis of these impulsive signals (ten days in a year, and only one day in full detail) reveals that lava emplacement was active when our monitoring started, but faded out during the first year of the experiment. A systematic and robust detection of these specific signals would hence contribute to monitor active submarine eruptions in the absence of seafloor deep-tow imaging or swath-bathymetry surveys of the active area

Activités normales et pathologiques du réseau hippocampique chez le rat : implication des systèmes monoaminergiques

Les représentations mentales, en particulier les représentations spatiales, sont étroitement associées à l'activation coordonnée de groupes de cellules dans l'hippocampe. Nous avons entrepris l'étude des propriétés et activités spontanées du réseau hippocampique (et plus particulièrement de la région CA3) afin de mieux en comprendre le fonctionnement, dans les situations normales et pathologiques. En effet, certaines pathologies neurodégénératives telle que la maladie de Parkinson serait potentiellement associées à des troubles cognitifs hippocampo-dépendants. Ainsi dans la première partie de ma thèse, nous avons caractérisé la dynamique temporelle des signaux excitateurs et inhibiteurs spontanés de l'hippocampe par une approche électrophysiologique in vitro sur tranches d'hippocampe mais aussi chez l'animal anesthésié grâce des enregistrements multi-unitaires multi-sites. Ces travaux nous a permis de mettre en évidence que les caractéristiques de la dynamique du réseau CA3 remplissent quelques critères essentiels au concept d'assemblées cellulaires. De plus, cette étude a mis en évidence les caractéristiques fonctionnelles de l'hippocampe chez l'animal normal. Ces résultats peuvent donc être utiles pour de futures études sur les pathologies hippocampo-dépendantes touchant le codage ou la mémoire spatiale telle que la maladie de Parkinson. Ainsi, dans la deuxième partie de ma thèse, nous avons étudié les altérations fonctionnelles du circuit hippocampique chez un modèle rat de la maladie de Parkinson. La maladie de Parkinson est une maladie neurologique qui affecte le système nerveux central et entraine des symptômes essentiellement moteurs. La cause est une dégénérescence des neurones dopaminergiques mais aussi noradrénergiques et sérotoninergiques. Cependant, en dehors des troubles moteurs, cette pathologie est aussi caractérisée par des troubles cognitifs notamment des déficits spatiaux. Notre projet a donc consisté à analyser les mécanismes par lesquels les déplétions monoaminergiques entraîneraient des troubles de l'apprentissage spatial. Ce travail a été réalisé chez le rongeur à l'aide d'une étude associant une approche comportementale et des enregistrements électrophysiologiques chez l'animal anesthésié mais aussi chez l'animal éveillé en comportement. Nous avons ainsi pu mettre en évidence des dysfonctionnements hippocampiques causés par des lésions contrôlées des différents systèmes mono-aminergiques (plus particulièrement dopaminergique et noradrenergique) impliqués dans la maladie de Parkinson.Mental representations, especially spatial ones are closely related to correlated activity in cellular assembly in the hippocampus. In this work, we analyzed the properties and the spontaneous activity of the hippocampal network in order to unravel its functioning in normal and pathological conditions. Several neurodegenerative disorders such as Parkinson's disease seems to be also associated to cognitive disorder related to hippocampus dysfunction. We first characterized the temporal dynamic properties of spontaneous excitatory and inhibitory signal. We then studied the functional alteration of the hippocampal network in a rat model of Parkinson's disease using behavioral and electrophysiological investigations. Our work showed that controlled lesion of the various monoaminergic systems induced hippocampus dysfunction related to spatial disorientation.In the first part of my thesis, we characterized the temporal dynamic of excitatory and inhibitory signals with electrophysiological recordings in vivo on hippocampal slices but also in anesthetized animals with multi-units multi-sites recordings. These studies allowed us to highlight that dynamic of CA3 network meets the criteria of cells assembly concept. Moreover, we characterize the functional properties of hippocampus in physiological conditions. These results could be useful for further studies on hippocampo-dependant pathologies in the context of spatial coding and memory.Thus, in the second part of my work, we studied the functional alterations of hippocampal network in the context of Parkinson disease. This pathology is a neurodegenerative disease which affects the central nervous system and leads essentially to motor symptoms. The cause is the degeneration of dopamine neurons but also of noradrenalin and serotonin neurons. Nevertheless, this pathology is also associated to cognitive disorders notably a form of spatial disorientation. Our project consisted to analyze the mechanisms by which monoamines depletions led to spatial learning impairments. This work was realized on rats with a study combinating behavioral approach with electrophysiological recordings in anesthetized animals but also in awake animals. We showed that some monoamines depletions (and notably dopamine and noradrenalin depletions) led to spatial impairments in behavioral tasks correlated to a change in firing and coding of neurons of hippocampus

Activités normales et pathologiques du réseau hippocampique chez le rat : implication des systèmes monoaminergiques

Les représentations mentales, en particulier les représentations spatiales, sont étroitement associées à l'activation coordonnée de groupes de cellules dans l'hippocampe. Nous avons entrepris l'étude des propriétés et activités spontanées du réseau hippocampique (et plus particulièrement de la région CA3) afin de mieux en comprendre le fonctionnement, dans les situations normales et pathologiques. En effet, certaines pathologies neurodégénératives telle que la maladie de Parkinson serait potentiellement associées à des troubles cognitifs hippocampo-dépendants. Ainsi dans la première partie de ma thèse, nous avons caractérisé la dynamique temporelle des signaux excitateurs et inhibiteurs spontanés de l'hippocampe par une approche électrophysiologique in vitro sur tranches d'hippocampe mais aussi chez l'animal anesthésié grâce des enregistrements multi-unitaires multi-sites. Ces travaux nous a permis de mettre en évidence que les caractéristiques de la dynamique du réseau CA3 remplissent quelques critères essentiels au concept d'assemblées cellulaires. De plus, cette étude a mis en évidence les caractéristiques fonctionnelles de l'hippocampe chez l'animal normal. Ces résultats peuvent donc être utiles pour de futures études sur les pathologies hippocampo-dépendantes touchant le codage ou la mémoire spatiale telle que la maladie de Parkinson. Ainsi, dans la deuxième partie de ma thèse, nous avons étudié les altérations fonctionnelles du circuit hippocampique chez un modèle rat de la maladie de Parkinson. La maladie de Parkinson est une maladie neurologique qui affecte le système nerveux central et entraine des symptômes essentiellement moteurs. La cause est une dégénérescence des neurones dopaminergiques mais aussi noradrénergiques et sérotoninergiques. Cependant, en dehors des troubles moteurs, cette pathologie est aussi caractérisée par des troubles cognitifs notamment des déficits spatiaux. Notre projet a donc consisté à analyser les mécanismes par lesquels les déplétions monoaminergiques entraîneraient des troubles de l'apprentissage spatial. Ce travail a été réalisé chez le rongeur à l'aide d'une étude associant une approche comportementale et des enregistrements électrophysiologiques chez l'animal anesthésié mais aussi chez l'animal éveillé en comportement. Nous avons ainsi pu mettre en évidence des dysfonctionnements hippocampiques causés par des lésions contrôlées des différents systèmes mono-aminergiques (plus particulièrement dopaminergique et noradrenergique) impliqués dans la maladie de Parkinson.Mental representations, especially spatial ones are closely related to correlated activity in cellular assembly in the hippocampus. In this work, we analyzed the properties and the spontaneous activity of the hippocampal network in order to unravel its functioning in normal and pathological conditions. Several neurodegenerative disorders such as Parkinson's disease seems to be also associated to cognitive disorder related to hippocampus dysfunction. We first characterized the temporal dynamic properties of spontaneous excitatory and inhibitory signal. We then studied the functional alteration of the hippocampal network in a rat model of Parkinson's disease using behavioral and electrophysiological investigations. Our work showed that controlled lesion of the various monoaminergic systems induced hippocampus dysfunction related to spatial disorientation.In the first part of my thesis, we characterized the temporal dynamic of excitatory and inhibitory signals with electrophysiological recordings in vivo on hippocampal slices but also in anesthetized animals with multi-units multi-sites recordings. These studies allowed us to highlight that dynamic of CA3 network meets the criteria of cells assembly concept. Moreover, we characterize the functional properties of hippocampus in physiological conditions. These results could be useful for further studies on hippocampo-dependant pathologies in the context of spatial coding and memory.Thus, in the second part of my work, we studied the functional alterations of hippocampal network in the context of Parkinson disease. This pathology is a neurodegenerative disease which affects the central nervous system and leads essentially to motor symptoms. The cause is the degeneration of dopamine neurons but also of noradrenalin and serotonin neurons. Nevertheless, this pathology is also associated to cognitive disorders notably a form of spatial disorientation. Our project consisted to analyze the mechanisms by which monoamines depletions led to spatial learning impairments. This work was realized on rats with a study combinating behavioral approach with electrophysiological recordings in anesthetized animals but also in awake animals. We showed that some monoamines depletions (and notably dopamine and noradrenalin depletions) led to spatial impairments in behavioral tasks correlated to a change in firing and coding of neurons of hippocampus

Activités normales et pathologiques du réseau hippocampique chez le rat (implication des systèmes monoaminergiques)

Les représentations mentales, en particulier les représentations spatiales, sont étroitement associées à l'activation coordonnée de groupes de cellules dans l'hippocampe. Nous avons entrepris l'étude des propriétés et activités spontanées du réseau hippocampique (et plus particulièrement de la région CA3) afin de mieux en comprendre le fonctionnement, dans les situations normales et pathologiques. En effet, certaines pathologies neurodégénératives telle que la maladie de Parkinson serait potentiellement associées à des troubles cognitifs hippocampo-dépendants. Ainsi dans la première partie de ma thèse, nous avons caractérisé la dynamique temporelle des signaux excitateurs et inhibiteurs spontanés de l'hippocampe par une approche électrophysiologique in vitro sur tranches d'hippocampe mais aussi chez l'animal anesthésié grâce des enregistrements multi-unitaires multi-sites. Ces travaux nous a permis de mettre en évidence que les caractéristiques de la dynamique du réseau CA3 remplissent quelques critères essentiels au concept d'assemblées cellulaires. De plus, cette étude a mis en évidence les caractéristiques fonctionnelles de l'hippocampe chez l'animal normal. Ces résultats peuvent donc être utiles pour de futures études sur les pathologies hippocampo-dépendantes touchant le codage ou la mémoire spatiale telle que la maladie de Parkinson. Ainsi, dans la deuxième partie de ma thèse, nous avons étudié les altérations fonctionnelles du circuit hippocampique chez un modèle rat de la maladie de Parkinson. La maladie de Parkinson est une maladie neurologique qui affecte le système nerveux central et entraine des symptômes essentiellement moteurs. La cause est une dégénérescence des neurones dopaminergiques mais aussi noradrénergiques et sérotoninergiques. Cependant, en dehors des troubles moteurs, cette pathologie est aussi caractérisée par des troubles cognitifs notamment des déficits spatiaux. Notre projet a donc consisté à analyser les mécanismes par lesquels les déplétions monoaminergiques entraîneraient des troubles de l'apprentissage spatial. Ce travail a été réalisé chez le rongeur à l'aide d'une étude associant une approche comportementale et des enregistrements électrophysiologiques chez l'animal anesthésié mais aussi chez l'animal éveillé en comportement. Nous avons ainsi pu mettre en évidence des dysfonctionnements hippocampiques causés par des lésions contrôlées des différents systèmes mono-aminergiques (plus particulièrement dopaminergique et noradrenergique) impliqués dans la maladie de Parkinson.Mental representations, especially spatial ones are closely related to correlated activity in cellular assembly in the hippocampus. In this work, we analyzed the properties and the spontaneous activity of the hippocampal network in order to unravel its functioning in normal and pathological conditions. Several neurodegenerative disorders such as Parkinson's disease seems to be also associated to cognitive disorder related to hippocampus dysfunction. We first characterized the temporal dynamic properties of spontaneous excitatory and inhibitory signal. We then studied the functional alteration of the hippocampal network in a rat model of Parkinson's disease using behavioral and electrophysiological investigations. Our work showed that controlled lesion of the various monoaminergic systems induced hippocampus dysfunction related to spatial disorientation.In the first part of my thesis, we characterized the temporal dynamic of excitatory and inhibitory signals with electrophysiological recordings in vivo on hippocampal slices but also in anesthetized animals with multi-units multi-sites recordings. These studies allowed us to highlight that dynamic of CA3 network meets the criteria of cells assembly concept. Moreover, we characterize the functional properties of hippocampus in physiological conditions. These results could be useful for further studies on hippocampo-dependant pathologies in the context of spatial coding and memory.Thus, in the second part of my work, we studied the functional alterations of hippocampal network in the context of Parkinson disease. This pathology is a neurodegenerative disease which affects the central nervous system and leads essentially to motor symptoms. The cause is the degeneration of dopamine neurons but also of noradrenalin and serotonin neurons. Nevertheless, this pathology is also associated to cognitive disorders notably a form of spatial disorientation. Our project consisted to analyze the mechanisms by which monoamines depletions led to spatial learning impairments. This work was realized on rats with a study combinating behavioral approach with electrophysiological recordings in anesthetized animals but also in awake animals. We showed that some monoamines depletions (and notably dopamine and noradrenalin depletions) led to spatial impairments in behavioral tasks correlated to a change in firing and coding of neurons of hippocampus.BORDEAUX1-Bib.electronique (335229901) / SudocSudocFranceF

Capturing Mayotte's deep magmatic plumbing system and its spatiotemporal evolution with volcano-tectonic seismicity

Since 2018, an unexpected number of earthquakes have been occurring offshore Mayotte, in the Mozambique Channel. They are linked to the eruption of the Fani Maoré submarine volcano. Using a recently developed comprehensive automatic catalog, we explore two years of the volcano-tectonic (VT) seismicity between March 2019 and March 2021, and analyse in detail the active structures of the magmatic plumbing system using ~33,000 events. The VT earthquakes highlight three magma storage zones and two aseismic conduits that have never been observed before. The temporal evolution of the seismicity reveals a probable regime change in March 2020. While before, the plumbing system reacted to the drainage of magma from a deep reservoir and to the migration of magma towards the seafloor, it is now responding to new migrations of fluids and to the redistribution of the stress-load across the system's pre-existing faults. This analysis is key to better understanding long-term volcanism worldwide

Evolution of the Volcano-Tectonic seismicity associated with Mayotte's active magmatic system

International audienceIn May 2018, a seismic crisis started East of Mayotte which was widely felt on the island and has been linked to the discovery of a new active submarine edifice. In order to reconstruct the evolution of the crisis with more details on the active structures we re-analyze the seismicity from March 2019 to February 2021 and focus on its evolution throughout the eruption. We use a catalog built by using the neural network-based method PhaseNet, which considerably increased the number of detected earthquakes and enabled a deeper analysis of the seismicity variations. Moreover, the development of a new velocity model for the region allowed a precise location of these earthquakes using only land-stations data. We show that the geometry of the seismicity has evolved in the two main clusters of activity with a general decrease in activity in the proximal cluster and no decrease in activity in the distal cluster. Spatial evolutions of different sub-clusters can be identified over time. This analysis is essential to understand the dynamics of the volcanic and magmatic processes beneath Mayotte island and will provide crucial details on the dynamics of submarine eruptions

Recruitment of Perisomatic Inhibition during Spontaneous Hippocampal Activity In Vitro.

It was recently shown that perisomatic GABAergic inhibitory postsynaptic potentials (IPSPs) originating from basket and chandelier cells can be recorded as population IPSPs from the hippocampal pyramidal layer using extracellular electrodes (eIPSPs). Taking advantage of this approach, we have investigated the recruitment of perisomatic inhibition during spontaneous hippocampal activity in vitro. Combining intracellular and extracellular recordings from pyramidal cells and interneurons, we confirm that inhibitory signals generated by basket cells can be recorded extracellularly, but our results suggest that, during spontaneous activity, eIPSPs are mostly confined to the CA3 rather than CA1 region. CA3 eIPSPs produced the powerful time-locked inhibition of multi-unit activity expected from perisomatic inhibition. Analysis of the temporal dynamics of spike discharges relative to eIPSPs suggests significant but moderate recruitment of excitatory and inhibitory neurons within the CA3 network on a 10 ms time scale, within which neurons recruit each other through recurrent collaterals and trigger powerful feedback inhibition. Such quantified parameters of neuronal interactions in the hippocampal network may serve as a basis for future characterisation of pathological conditions potentially affecting the interactions between excitation and inhibition in this circuit

Individual and pooled statistics for spike and eIPSP recruitment.

<p>Linear regression statistics parameters (<b>r²</b>, <b>F</b>, <b>p</b>; <b>Absolute</b> and <b>Relative</b> to shuffle: see methods) for the recruitment of action potentials (<b>p(AP triggering AP)</b>) and eIPSPs (<b>p(AP triggering eIPSP)</b>), for individual animals (<b>#1–3</b> in each species), and <b>pooled data</b>, as presented in <a href="http://www.plosone.org/article/info:doi/10.1371/journal.pone.0066509#pone-0066509-g004" target="_blank">Fig. 4C–F</a>.</p