{"id":53039,"date":"2019-11-22T00:00:00","date_gmt":"2019-11-21T21:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/prohoster.info\/blog\/blog_prohoster\/lokalizatsiya-zvukov-kak-mozg-raspoznaet-istochniki-zvukov"},"modified":"2020-02-18T14:00:53","modified_gmt":"2020-02-18T11:00:53","slug":"lokalizatsiya-zvukov-kak-mozg-raspoznaet-istochniki-zvukov","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/prohoster.info\/fr\/blog\/news\/lokalizatsiya-zvukov-kak-mozg-raspoznaet-istochniki-zvukov","title":{"rendered":"Localisation des sons : comment le cerveau reconna\u00eet les sources sonores.","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

\"Localisation
\n
\nLe monde qui nous entoure est rempli d'une multitude d'informations que notre cerveau traite en continu. Il obtient ces informations gr\u00e2ce \u00e0 nos sens, chacun \u00e9tant responsable de sa part de signaux : les yeux (vue), la langue (go\u00fbt), le nez (odorat), la peau (toucher), l'organe vestibulaire (\u00e9quilibre, position dans l'espace et sensation de poids) et les oreilles (son). En rassemblant les signaux de tous ces organes, notre cerveau peut construire une image pr\u00e9cise de notre environnement. Cependant, tous les aspects du traitement des signaux externes ne nous sont pas connus. L'un de ces myst\u00e8res est le m\u00e9canisme de localisation des sources sonores.<\/p>\n

Des scientifiques du laboratoire de neuro-ing\u00e9nierie de la parole et de l'audition (Institut technologique du New Jersey) ont propos\u00e9 un nouveau mod\u00e8le du processus neuronal de localisation du son. Quels processus se d\u00e9roulent dans notre cerveau lors de la perception du son, comment notre cerveau comprend-il la position de la source sonore et comment cette recherche peut-elle aider \u00e0 lutter contre les d\u00e9ficits auditifs ? C'est ce que nous d\u00e9couvrons dans le rapport du groupe de recherche. Allons-y.<\/a><\/noindex><\/p>\n

Fondement de l'\u00e9tude<\/h3>\n

\nLes informations que notre cerveau re\u00e7oit de nos sens diff\u00e8rent les unes des autres tant en termes de sources que de traitement. Certains signaux se pr\u00e9sentent imm\u00e9diatement \u00e0 notre cerveau sous forme d'informations pr\u00e9cises, tandis que d'autres n\u00e9cessitent des processus de calcul suppl\u00e9mentaires. En gros, nous ressentons imm\u00e9diatement le toucher, mais pour un son, nous devons d'abord d\u00e9terminer d'o\u00f9 il provient. <\/p>\n

La base de la localisation des sons dans le plan horizontal est interaurale*<\/i> la diff\u00e9rence de temps (ITD de interaural time difference<\/i>) des sons atteignant les oreilles de l'auditeur.<\/p>\n

La base interaurale*<\/b> est la distance entre les oreilles.<\/p><\/blockquote>\n

Dans le cerveau, il existe une r\u00e9gion sp\u00e9cifique (olive sup\u00e9rieure m\u00e9diale ou OSB) qui est responsable de ce processus. Au moment de la r\u00e9ception du signal sonore dans l'OSB, les diff\u00e9rences interaurales de temps sont transform\u00e9es en vitesse de r\u00e9action des neurones. La forme des courbes de vitesse de sortie de l'OSB en fonction de l'ITD ressemble \u00e0 celle de la fonction de corr\u00e9lation crois\u00e9e des signaux d\u2019entr\u00e9e pour chaque oreille.<\/p>\n

La fa\u00e7on dont l'information est trait\u00e9e et interpr\u00e9t\u00e9e dans le cerveau reste peu claire, ce qui a donn\u00e9 lieu \u00e0 plusieurs th\u00e9ories assez contradictoires. La th\u00e9orie de localisation du son la plus connue et en fait classique est le mod\u00e8le de Jeffress (Lloyd A. Jeffress<\/i>). Elle repose sur la ligne marqu\u00e9e*<\/i> de neurones d\u00e9tecteurs qui sont sensibles \u00e0 la synchronisation binaurale des signaux nerveux d'entr\u00e9es provenant de chaque oreille, chaque neurone \u00e9tant maximement sensible \u00e0 une certaine valeur de l'ITD (1A<\/b>).<\/p>\n

Le principe de la ligne marqu\u00e9e*<\/b> est une hypoth\u00e8se expliquant comment diff\u00e9rents nerfs, tous utilisant les m\u00eames principes physiologiques pour transmettre des impulsions le long de leurs axones, peuvent g\u00e9n\u00e9rer des sensations diff\u00e9rentes. Des nerfs structurellement similaires peuvent g\u00e9n\u00e9rer diff\u00e9rentes perceptions sensorielles s'ils sont connect\u00e9s \u00e0 des neurones uniques dans le syst\u00e8me nerveux central capables de d\u00e9coder des signaux nerveux similaires de diff\u00e9rentes mani\u00e8res.<\/p><\/blockquote>\n

\n\"Localisation
\n Image n\u00b01<\/i><\/p>\n

Ce mod\u00e8le est computationnellement similaire \u00e0 un codage neuronal bas\u00e9 sur des corr\u00e9lations r\u00e9ciproques illimit\u00e9es des sons atteignant les deux oreilles. <\/p>\n

Il existe \u00e9galement un mod\u00e8le sugg\u00e9rant que la localisation du son peut \u00eatre mod\u00e9lis\u00e9e sur la base des diff\u00e9rences de vitesse de r\u00e9action de certaines populations de neurones des h\u00e9misph\u00e8res c\u00e9r\u00e9braux, c'est-\u00e0-dire le mod\u00e8le d'asym\u00e9trie inter-h\u00e9misph\u00e9rique (1B<\/b>).<\/p>\n

Il a \u00e9t\u00e9 difficile jusqu'\u00e0 pr\u00e9sent de dire de mani\u00e8re d\u00e9finitive laquelle des deux th\u00e9ories (mod\u00e8les) est correcte, \u00e9tant donn\u00e9 que chacune pr\u00e9dit diff\u00e9rentes d\u00e9pendances de la localisation du son par rapport \u00e0 l'intensit\u00e9 sonore. <\/p>\n

Dans l'\u00e9tude que nous examinons aujourd'hui, les chercheurs ont d\u00e9cid\u00e9 de combiner les deux mod\u00e8les pour comprendre si la perception des sons repose sur un codage neuronal ou sur la diff\u00e9rence de r\u00e9action de populations neuronales distinctes. Plusieurs exp\u00e9riences ont \u00e9t\u00e9 r\u00e9alis\u00e9es, impliquant des individus \u00e2g\u00e9s de 18 \u00e0 27 ans (5 femmes et 7 hommes). L'audiom\u00e9trie (mesure de l'acuit\u00e9 auditive) des participants \u00e9tait de 25 dB ou plus \u00e0 des fr\u00e9quences de 250 \u00e0 8000 Hz. Les participants aux exp\u00e9riences \u00e9taient plac\u00e9s dans une pi\u00e8ce insonoris\u00e9e, \u00e9quip\u00e9e d'un mat\u00e9riel calibr\u00e9 avec une grande pr\u00e9cision. Les participants devaient indiquer la direction d'o\u00f9 provenait un signal sonore entendu.<\/p>\n

R\u00e9sultats de l'\u00e9tude<\/h3>\n

\nPour \u00e9valuer la d\u00e9pendance de la lat\u00e9ralisation*<\/i> de l'activit\u00e9 c\u00e9r\u00e9brale \u00e0 l'intensit\u00e9 sonore, des donn\u00e9es sur la vitesse de r\u00e9ponse des neurones dans le noyau laminaire du cerveau de la chouette ont \u00e9t\u00e9 utilis\u00e9es.<\/p>\n

Lat\u00e9ralit\u00e9*<\/b> \u2014 asym\u00e9trie entre les h\u00e9misph\u00e8res gauche et droit du corps.<\/p><\/blockquote>\n

Pour \u00e9valuer la d\u00e9pendance de la lat\u00e9ralisation de l'activit\u00e9 c\u00e9r\u00e9brale \u00e0 la vitesse de r\u00e9action de certaines populations de neurones, des donn\u00e9es d'activit\u00e9 du colliculus inf\u00e9rieur du singe rh\u00e9sus ont \u00e9t\u00e9 utilis\u00e9es, suivies d'un calcul des diff\u00e9rences de vitesse des neurones provenant de diff\u00e9rents h\u00e9misph\u00e8res.<\/p>\n

Le mod\u00e8le de neurones-d\u00e9tenteurs marqu\u00e9s suppose qu'avec une diminution de l'intensit\u00e9 sonore, la lat\u00e9ralit\u00e9 de la source per\u00e7ue se rapprochera des valeurs moyennes, semblables pour la relation entre sons doux et forts (1C<\/b>).<\/p>\n

Le mod\u00e8le d'asym\u00e9trie interh\u00e9misph\u00e9rique, quant \u00e0 lui, suppose qu'avec une diminution de l'intensit\u00e9 sonore jusqu'\u00e0 presque un seuil, la lat\u00e9ralit\u00e9 per\u00e7ue se d\u00e9placera vers la ligne m\u00e9diane (1D<\/b>).<\/p>\n

Avec une intensit\u00e9 sonore globale plus \u00e9lev\u00e9e, il est suppos\u00e9 que la lat\u00e9ralisation sera invariante selon l'intensit\u00e9 (inscriptions sur 1C<\/b> et 1D<\/b>).<\/p>\n

Par cons\u00e9quent, analyser comment l'intensit\u00e9 sonore influence la direction per\u00e7ue du son permet de d\u00e9terminer avec pr\u00e9cision la nature des processus en cours \u00e0 ce moment \u2014 neurones d'une m\u00eame r\u00e9gion g\u00e9n\u00e9rale ou neurones de diff\u00e9rents h\u00e9misph\u00e8res.<\/p>\n

Il est \u00e9vident que la capacit\u00e9 d'un individu \u00e0 distinguer l'ITD peut varier selon l'intensit\u00e9 sonore. Cependant, les chercheurs affirment qu'il est assez difficile d'interpr\u00e9ter les conclusions pr\u00e9c\u00e9dentes liant la sensibilit\u00e9 \u00e0 l'ITD et l'\u00e9valuation par l'auditeur de la direction de la source sonore en fonction de l'intensit\u00e9 sonore. Certaines \u00e9tudes d\u00e9clarent qu'\u00e0 mesure que l'intensit\u00e9 sonore atteint un seuil limite, la lat\u00e9ralit\u00e9 per\u00e7ue de la source diminue. D'autres \u00e9tudes affirment qu'il n'y a pas d'influence de l'intensit\u00e9 sur la perception.<\/p>\n

En d'autres termes, les chercheurs sugg\u00e8rent \u00ab discr\u00e8tement \u00bb qu'il existe insuffisamment d'informations dans la litt\u00e9rature concernant le lien entre ITD, l'intensit\u00e9 sonore et la d\u00e9termination de la direction de sa source. Il existe des th\u00e9ories qui existent comme une sorte d'axiomes, accept\u00e9s par la communaut\u00e9 scientifique. Par cons\u00e9quent, il a \u00e9t\u00e9 d\u00e9cid\u00e9 d'examiner en d\u00e9tail toutes les th\u00e9ories, mod\u00e8les et m\u00e9canismes de perception auditive dans la pratique.<\/p>\n

Le premier exp\u00e9rience a \u00e9t\u00e9 con\u00e7ue sur la base d'une paradigm psychophysique, permettant d'\u00e9tudier la lat\u00e9ralisation en fonction de l'ITD comme une fonction de l'intensit\u00e9 sonore dans un groupe de dix participants ayant une audition normale.<\/p>\n

\"Localisation
\nImage n\u00b02<\/i><\/p>\n

Les sources sonores \u00e9taient sp\u00e9cifiquement r\u00e9gl\u00e9es pour couvrir une large gamme de fr\u00e9quences, dans lesquelles les humains sont capables de reconna\u00eetre l'ITD, c'est-\u00e0-dire de 300 \u00e0 1200 Hz (2A<\/b>).<\/p>\n

Dans chaque essai, l'auditeur devait indiquer la lat\u00e9ralit\u00e9 suppos\u00e9e, mesur\u00e9e comme une fonction du niveau des sensations, dans une gamme de valeurs ITD allant de 375 \u00e0 375 ms. Pour d\u00e9terminer l'impact de l'intensit\u00e9 sonore, un mod\u00e8le non lin\u00e9aire \u00e0 effets mixtes (NMLE) a \u00e9t\u00e9 utilis\u00e9, incluant \u00e0 la fois une intensit\u00e9 sonore fixe et al\u00e9atoire.<\/p>\n

Graphique 2B<\/b> d\u00e9montre la lat\u00e9ralisation estim\u00e9e avec un bruit spectrallement plat \u00e0 deux intensit\u00e9s sonores pour un auditeur repr\u00e9sentatif. Et le graphique 2C<\/b> montre les donn\u00e9es brutes (cercles) et ajust\u00e9es au mod\u00e8le NMLE (lignes) pour tous les auditeurs.<\/p>\n

\"Localisation
\nTableau n\u00b01<\/i><\/p>\n

Le tableau ci-dessus montre tous les param\u00e8tres NLME. On peut voir que la lat\u00e9ralit\u00e9 per\u00e7ue augmentait avec l'augmentation de l'ITD, comme les chercheurs l'avaient pr\u00e9vu. Avec la diminution de l'intensit\u00e9 sonore, la perception se d\u00e9pla\u00e7ait de plus en plus vers la ligne m\u00e9diane (inscription dans le graphique 2C<\/b>).<\/p>\n

Ces tendances \u00e9taient soutenues par le mod\u00e8le NLME, qui a montr\u00e9 une influence significative de l'ITD et de l'intensit\u00e9 sonore sur le degr\u00e9 maximal de lat\u00e9ralit\u00e9, confirmant le mod\u00e8le des diff\u00e9rences interh\u00e9misph\u00e9riques.<\/p>\n

De plus, l'impact des seuils audiom\u00e9triques moyens des tons purs sur la lat\u00e9ralit\u00e9 per\u00e7ue \u00e9tait n\u00e9gligeable. En revanche, l'intensit\u00e9 sonore n'avait pas d'impact significatif sur les fonctions psychom\u00e9triques.<\/p>\n

L'objectif principal de la deuxi\u00e8me exp\u00e9rience \u00e9tait de d\u00e9terminer comment les r\u00e9sultats obtenus lors de l'exp\u00e9rience pr\u00e9c\u00e9dente changeraient en tenant compte des caract\u00e9ristiques spectrales des stimuli (sons). La n\u00e9cessit\u00e9 de v\u00e9rifier le bruit \u00e0 spectre plan \u00e0 faible intensit\u00e9 sonore r\u00e9side dans le fait que certaines parties du spectre peuvent ne pas \u00eatre audibles, ce qui peut affecter la d\u00e9termination de la direction du son. Par cons\u00e9quent, on pourrait \u00e0 tort prendre pour acquis que les r\u00e9sultats de la premi\u00e8re exp\u00e9rience indiquent que la largeur de la partie audible du spectre peut diminuer avec la diminution de l'intensit\u00e9 sonore. <\/p>\n

Ainsi, il a \u00e9t\u00e9 d\u00e9cid\u00e9 de mener une autre exp\u00e9rience, mais cette fois avec l'application de bruits A-weighted*<\/i> .<\/p>\n

Le pond\u00e9ration A*<\/b> est appliqu\u00e9e aux niveaux sonores pour tenir compte de l'intensit\u00e9 relative per\u00e7ue par l'oreille humaine, car l'oreille est moins sensible aux basses fr\u00e9quences sonores. La pond\u00e9ration A est r\u00e9alis\u00e9e par l'addition arithm\u00e9tique d'une table de valeurs r\u00e9pertori\u00e9es dans des bandes octav\u00e9es, aux niveaux mesur\u00e9s de pression sonore en dB.<\/p><\/blockquote>\n

Sur le graphique 2D<\/b> Les donn\u00e9es brutes (cercles) et les donn\u00e9es ajust\u00e9es au mod\u00e8le NMLE (lignes) de tous les participants \u00e0 l'exp\u00e9rience sont montr\u00e9es. <\/p>\n

L'analyse des donn\u00e9es a montr\u00e9 que lorsque toutes les parties du son sont \u00e0 peu pr\u00e8s \u00e9galement audibles (comme dans la premi\u00e8re et la deuxi\u00e8me exp\u00e9rience), la lat\u00e9ralit\u00e9 per\u00e7ue et l'inclinaison sur le graphique, expliquant le changement de lat\u00e9ralit\u00e9 avec le ITD, diminuent avec la baisse de l'intensit\u00e9 sonore.<\/p>\n

Ainsi, les r\u00e9sultats de la deuxi\u00e8me exp\u00e9rience ont confirm\u00e9 les r\u00e9sultats de la premi\u00e8re. En d'autres termes, il a \u00e9t\u00e9 montr\u00e9 en pratique que le mod\u00e8le propos\u00e9 par Jeffress en 1948 n'est pas correct.<\/p>\n

Il s'av\u00e8re que la localisation des sons se d\u00e9grade lors de la r\u00e9duction de l'intensit\u00e9 sonore, alors que Jeffress pensait que les sons \u00e9taient per\u00e7us et trait\u00e9s de la m\u00eame mani\u00e8re par l'homme, quelle que soit leur intensit\u00e9. <\/p>\n

Pour une compr\u00e9hension plus approfondie des nuances de l'\u00e9tude, je recommande de consulter le rapport des chercheurs<\/a><\/noindex>.<\/p>\n

\u00c9pilogue<\/h3>\n

\nLes hypoth\u00e8ses th\u00e9oriques et les exp\u00e9riences pratiques qui les confirment ont montr\u00e9 que les neurones du cerveau des mammif\u00e8res s'activent \u00e0 des vitesses diff\u00e9rentes selon la direction du signal sonore. Ensuite, le cerveau compare ces vitesses entre tous les neurones impliqu\u00e9s dans le processus pour construire dynamiquement une carte de l'environnement sonore.<\/p>\n

Le mod\u00e8le de Jefferson n'est en r\u00e9alit\u00e9 pas compl\u00e8tement erron\u00e9, car il permet de d\u00e9crire parfaitement la localisation de la source sonore chez les hiboux. Oui, pour les hiboux, l'intensit\u00e9 du son n'a pas d'importance, ils peuvent de toute fa\u00e7on d\u00e9terminer la position de sa source. Cependant, ce mod\u00e8le ne fonctionne pas avec les macaques rh\u00e9sus, comme l'ont montr\u00e9 des exp\u00e9riences pr\u00e9c\u00e9demment men\u00e9es. Par cons\u00e9quent, ce mod\u00e8le de Jefferson ne peut pas d\u00e9crire la localisation des sons pour tous les \u00eatres vivants. <\/p>\n

Les exp\u00e9riences impliquant des humains ont \u00e0 nouveau confirm\u00e9 que la localisation des sons se d\u00e9roule diff\u00e9remment chez divers organismes. Beaucoup de participants n'ont pas pu d\u00e9terminer correctement la position des sources des signaux sonores en raison de l'intensit\u00e9 faible des sons. <\/p>\n

Les scientifiques estiment que leur travail montre une certaine similarit\u00e9 entre la fa\u00e7on dont nous voyons et comment nous entendons. Les deux processus sont li\u00e9s \u00e0 la vitesse des neurones dans diff\u00e9rentes zones du cerveau, ainsi qu'\u00e0 l'\u00e9valuation de cette diff\u00e9rence pour d\u00e9terminer \u00e0 la fois la position des objets que nous voyons dans l'espace et celle de la source des sons que nous entendons.<\/p>\n

Dans le futur, les chercheurs pr\u00e9voient de mener une s\u00e9rie d'exp\u00e9rimentations pour examiner plus en d\u00e9tail la connexion entre l'audition et la vision humaine, ce qui permettra de mieux comprendre comment notre cerveau construit dynamiquement une carte du monde environnant.<\/p>\n

Merci pour votre attention, restez curieux et passez une excellente semaine de travail, les amis ! \ud83d\ude42<\/p>\n

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\n
Source : habr.com<\/a><\/p>","protected":false,"gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"html"}]},"excerpt":{"rendered":"

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