Comment le cerveau localise-t-il les sources sonores?

Le cerveau a une capacité incroyable à identifier la source des sons qui vous entourent. Lorsque vous conduisez, vous pouvez savoir d’où vient un camion de pompiers qui approche et vous arrêter en conséquence. Dans le jeu de piscine classique de « Marco Polo », le joueur qui est « ça » nage vers les joueurs qui disent « Polo ». »Dans le domaine des neurosciences, cette capacité est appelée localisation sonore. Les humains peuvent localiser la source d’un son avec une extrême précision (à moins de 2 degrés de l’espace)! Cet exploit remarquable est accompli par la capacité du cerveau à interpréter les informations des deux oreilles. Alors, comment votre cerveau le fait-il?

Les neuroscientifiques travaillent depuis de nombreuses années à comprendre les mécanismes de la localisation du son, et ils ont identifié deux indices essentiels à la localisation du son dans la dimension horizontale. Imaginez qu’il y ait un cercle qui forme un plan parfaitement plat autour de votre tête, comme indiqué ci-dessous. Quand un son provient du haut-parleur, comment pouvez-vous identifier son emplacement avec autant de précision? Dans les années 1790, Venturi jouait de la flûte autour des gens et leur demandait de pointer dans sa direction. Il a proposé que la différence d’amplitude sonore (volume) entre les deux oreilles était le signal utilisé pour la localisation du son. Beaucoup plus tard en 1908, Malloch a proposé que la différence de temps du son atteignant chaque oreille était le repère utilisé pour la localisation du son. Des années plus tard, les neuroscientifiques ont trouvé des neurones dans les centres auditifs du cerveau spécialement adaptés à chaque signal: différences d’intensité et de synchronisation entre les deux oreilles. Ainsi, le cerveau utilise les deux indices pour localiser les sources sonores. Par exemple, le son provenant de l’enceinte atteindrait votre oreille gauche plus rapidement et serait plus fort que le son qui atteint votre oreille droite. Votre cerveau compare ces différences et vous indique d’où vient le son!

Mais que se passe-t-il lorsqu’un son vient de n’importe où le long de la ligne médiane de votre tête? Il peut être directement devant vous, derrière vous ou au-dessus de vous. Dans tous ces cas, il n’y aurait aucune différence de volume sonore ou de retard entre vos deux oreilles! Il s’avère que votre cerveau utilise un troisième repère pour localiser les sons dans la dimension verticale: le profil de fréquence différent du son causé par la taille de votre tête et de votre oreille externe, appelé pinna. Les pennes sont de forme exquise non seulement pour collecter le son, mais aussi pour modifier le profil de fréquence d’un son. Selon son origine, certaines fréquences sont améliorées, tandis que d’autres sont atténuées. Comme le montre l’image ci-dessous, les changements de fréquence des couleurs sont liés à leurs emplacements. Ce signal est unique à chaque pinna et donc monoaural. Les neuroscientifiques ont trouvé des neurones dans le niveau inférieur du cerveau auditif qui sont également réglés sur ces encoches de fréquence.

Alors, que se passe-t-il lorsque les sons bougent? De toute évidence, les sons deviennent plus forts à mesure qu’ils s’approchent de nous et plus doux à mesure qu’ils s’éloignent, mais les fréquences perçues du son changent également. Par exemple, la fréquence de la sirène d’un camion de pompiers sonne plus haut lorsqu’il se dirige vers nous et plus bas lorsqu’il s’éloigne. Ce phénomène a été découvert pour la première fois par le physicien autrichien Christian Doppler, et est ainsi nommé effet Doppler. L’effet Doppler peut être un indicateur de la perception des changements de distance. De plus, le cerveau suit l’angle vertical et horizontal par les indices binauraux et monauraux tels que les trois indices mentionnés ci-dessus.

Dans l’ensemble, le cerveau utilise une variété d’indices pour déterminer l’emplacement d’un son. Notre compréhension actuelle des mécanismes de localisation du son se limite principalement aux signaux eux-mêmes et à la façon dont les niveaux inférieurs de la voie auditive du cerveau traitent ces signaux. C’est un moment vraiment excitant d’explorer comment le cerveau auditif de niveau supérieur utilise ces signaux des niveaux inférieurs pour former la perception de l’emplacement sonore!

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Écrit par Xiaorui « Ray » Xiong

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Il s’agit de l’un des plus grands ouvrages de l’histoire de l’Art. Stability of central binaural sound localization mechanisms in mammals, and the Heffner hypothesis, Neuroscience & Biobehavioral Reviews, 36 (2) 889-900. DOI: 10.1016/ j.neubiorev.2011.11.003

Letowski T.R. et Letowski S.T. (2012) Perception Spatiale Auditive: Localisation Auditive, Laboratoires de recherche de l’Armée ARL-TR-6016

Images adaptées de la foule à Busy Street par Petr Kratochvil, 123rf, Wikimedia Commons, clker et Grothe B., Pecka M. & McAlpine D. (2010). Mécanismes de Localisation sonore chez les Mammifères, Revues physiologiques, 90 (3) 983-1012. DOI: 10.1152 / physrev.00026.2009.