ABSTRACT Our sense of hearing is mediated by cochlear hair cells, localized within the sensory epithelium called the organ of Corti. There are two types of hair cells in the cochlea, which are organized in one row of inner hair cells and three rows of outer hair cells. Each cochlea contains a few thousands of hair cells, and their survival is essential for our perception of sound because they are terminally differentiated and do not regenerate after insult. It is often desirable in hearing research to quantify the number of hair cells within cochlear samples, in both pathological conditions, and in response to treatment. However, the sheer number of cells along the cochlea makes manual quantification impractical. Machine learning can be used to overcome this challenge by automating the quantification process but requires a vast and diverse dataset for effective training. In this study, we present a large collection of annotated cochlear hair-cell datasets, labeled with commonly used hair-cell markers and imaged using various fluorescence microscopy techniques. The collection includes samples from mouse, human, pig and guinea pig cochlear tissue, from normal conditions and following in-vivo and in-vitro ototoxic drug application. The dataset includes over 90,000 hair cells, all of which have been manually identified and annotated as one of two cell types: inner hair cells and outer hair cells. This dataset is the result of a collaborative effort from multiple laboratories and has been carefully curated to represent a variety of imaging techniques. With suggested usage parameters and a well-described annotation procedure, this collection can facilitate the development of generalizable cochlear hair cell detection models or serve as a starting point for fine-tuning models for other analysis tasks. By providing this dataset, we aim to supply other groups within the hearing research community with the opportunity to develop their own tools with which to analyze cochlear imaging data more fully, accurately, and with greater ease.

Abstract AMPA-type glutamate receptors (AMPAR) mediate excitatory cochlear transmission. However, the unique roles of AMPAR subunits are unresolved. Lack of subunit GluA3 ( Gria3 KO ) in male mice reduced cochlear output by 8-weeks of age. Since Gria3 is X-linked and considering sex differences in hearing vulnerability, we hypothesized accelerated presbycusis in Gria3 KO females. Here, auditory brainstem responses (ABR) were similar in 3-week-old female Gria3 WT and Gria3 KO mice. However, when raised in ambient sound, ABR thresholds were elevated and wave-1 amplitudes were diminished at 5-weeks and older in Gria3 KO . In contrast, these metrics were similar between genotypes when raised in quiet. Paired synapses were similar in number, but lone ribbons and ribbonless synapses were increased in female Gria3 KO mice in ambient sound compared to Gria3 WT or to either genotype raised in quiet. Synaptic GluA4:GluA2 ratios increased relative to Gria3 WT , particularly in ambient sound, suggesting an activity-dependent increase in calcium-permeable AMPARs in Gria3 KO . Swollen afferent terminals were observed by 5-weeks only in Gria3 KO females reared in ambient sound. We propose that lack of GluA3 induces sex-dependent vulnerability to AMPAR-mediated excitotoxicity.

Abstract The encoding of acoustic signals in the cochlea depends on α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazole propionic acid receptors (AMPARs), but relatively little is known about their reliance on specific pore-forming subunits. With 5-week-old male GluA3 KO mice, we determined cochlear function, synapse ultrastructure, and AMPAR subunit molecular anatomy at ribbon synapses between inner hair cells (IHCs) and spiral ganglion neurons (SGNs). GluA3 KO and wild-type ( GluA3 WT ) mice reared in ambient sound pressure level (SPL) of 55-75 dB had similar ABR thresholds, wave-1 amplitudes, and latencies. Ultrastructurally, the IHC modiolar-pillar differences in presynaptic ribbon size and shape, and synaptic vesicle size seen in GluA3 WT were diminished or reversed in GluA3 KO . The quantity of paired synapses (presynaptic ribbons juxtaposed with postsynaptic GluA2 and GluA4) was similar, however, GluA2-lacking synapses (ribbons paired with GluA4 but not GluA2) were observed only in GluA3 KO . SGNs of GluA3 KO mice had AMPAR arrays of smaller overall volume, containing less GluA2 and greater GluA4 immunofluorescence intensity relative to GluA3 WT (3-fold difference in mean GluA4:GluA2 ratio). The expected modiolar-pillar gradient in ribbon volume was observed in IHCs of GluA3 WT but not GluA3 KO . Unexpected modiolar-pillar gradients in GluA2 and GluA4 volume were present in GluA3 KO . GluA3 is essential to the morphology and molecular composition of IHC-ribbon synapses. We propose the hearing loss seen in older male GluA3 KO mice results from progressive synaptopathy evident in 5-week-old mice as increased abundance of GluA2-lacking, GluA4 monomeric, Ca 2+ -permeable AMPARs.