Notre système auditif convertit les ondes de pression en sons significatifs.

Cela se traduit par notre capacité à entendre les sons de la nature, à apprécier la beauté de la musique et à communiquer les uns avec les autres par le biais du langage parlé. Cette section donne un aperçu de l'anatomie et de la fonction de base du système auditif. Elle comprendra une discussion sur la façon dont le stimulus sensoriel est traduit en impulsions neurales, sur l'endroit du cerveau où ces informations sont traitées, sur la façon dont nous percevons la hauteur du son et sur la façon dont nous savons d'où vient le son.

Anatomie du système auditif

L'oreille peut être séparée en plusieurs sections. L'oreille externe comprend le pavillon, qui est la partie visible de l'oreille qui dépasse de la tête, le conduit auditif et la membrane tympanique, ou tympan. L'oreille moyenne contient trois petits os, appelés osselets, qui sont appelés le marteau, l'enclume et l'étrier. L'oreille interne contient les canaux semi-circulaires, qui participent à l'équilibre et au mouvement (le sens vestibulaire), et la cochlée. La cochlée est une structure remplie de liquide, en forme d'escargot, qui contient les cellules réceptrices sensorielles (cellules ciliées) du système auditif.

L'oreille est divisée en trois parties : externe (pavillon et membrane tympanique), moyenne (les trois osselets : malleus, enclume et étrier) et interne (cochlée et membrane basilaire).

Les ondes sonores se déplacent le long du canal auditif et frappent la membrane tympanique, la faisant vibrer. Cette vibration entraîne un mouvement des trois osselets. Lorsque les osselets se déplacent, l'étrier s'appuie sur une fine membrane de la cochlée appelée fenêtre ovale. Lorsque l'étrier s'enfonce dans la fenêtre ovale, le liquide à l'intérieur de la cochlée commence à se déplacer, ce qui stimule les cellules ciliées, qui sont des cellules réceptrices auditives de l'oreille interne intégrées dans la membrane basilaire. La membrane basilaire est une fine bande de tissu située à l'intérieur de la cochlée.

L'activation des cellules ciliées est un processus mécanique : la stimulation de la cellule cilée entraîne finalement l'activation de la cellule. Lorsque les cellules ciliées sont activées, elles génèrent des impulsions neurales qui voyagent le long du nerf auditif jusqu'au cerveau. L'information auditive est acheminée vers le collicule inférieur, le noyau géniculé médian du thalamus, et enfin vers le cortex auditif dans le lobe temporal du cerveau pour y être traitée. Comme pour le système visuel, il existe également des preuves suggérant que les informations sur la reconnaissance et la localisation auditives sont traitées en flux parallèles (Rauschecker & Tian, 2000 ; Renier et al., 2009).

Perception de la hauteur

Les différentes fréquences des ondes sonores sont associées à des différences dans notre perception de la hauteur de ces sons. Les sons de basse fréquence sont plus graves, et les sons de haute fréquence sont plus aigus. Comment le système auditif fait-il la différence entre les différentes hauteurs de son ?

Plusieurs théories ont été proposées pour expliquer la perception de la hauteur des sons. Nous allons en aborder deux ici : la théorie temporelle et la théorie des lieux. La théorie temporelle de la perception de la hauteur des sons affirme que la fréquence est codée par le niveau d'activité d'un neurone sensoriel. Cela signifierait qu'une cellule ciliaire donnée déclencherait des potentiels d'action liés à la fréquence de l'onde sonore. Bien que cette explication soit très intuitive, nous détectons une gamme de fréquences si large (20-20 000 Hz) que la fréquence des potentiels d'action déclenchés par les cellules ciliées ne peut pas représenter la gamme entière. En raison des propriétés liées aux canaux sodiques de la membrane neuronale qui sont impliqués dans les potentiels d'action, il y a un point où une cellule ne peut pas tirer plus vite (Shamma, 2001).

La théorie des lieux de la perception de la hauteur des sons suggère que différentes parties de la membrane basilaire sont sensibles aux sons de différentes fréquences. Plus précisément, la base de la membrane basilaire répond mieux aux hautes fréquences et la pointe de la membrane basilaire répond mieux aux basses fréquences. Par conséquent, les cellules ciliées qui se trouvent dans la partie de base seraient désignées comme des récepteurs de sons aigus, tandis que celles qui se trouvent à l'extrémité de la membrane basilaire seraient désignées comme des récepteurs de sons graves (Shamma, 2001).

En réalité, les deux théories expliquent différents aspects de la perception de la hauteur des sons. À des fréquences allant jusqu'à environ 4000 Hz, il est clair que tant le potentiel de vitesse d'action que le lieu contribuent à notre perception de la hauteur du son. Cependant, les sons de fréquences beaucoup plus élevées ne peuvent être encodés qu'à l'aide de repères de lieu (Shamma, 2001).

Localisation du son

La capacité à localiser le son dans notre environnement est une partie importante de l'audition. La localisation du son pourrait être considérée comme similaire à la façon dont nous percevons la profondeur dans nos champs visuels. Comme les indices monoculaires et binoculaires qui nous renseignent sur la profondeur, le système auditif utilise des indices monauraux (une oreille) et binauraux (deux oreilles) pour localiser le son.

Chaque pavillon interagit différemment avec les ondes sonores entrantes, en fonction de la source du son par rapport à notre corps. Cette interaction fournit un repère monaural qui est utile pour localiser les sons qui se produisent au-dessus ou en dessous et devant ou derrière nous. Les ondes sonores reçues par vos deux oreilles à partir de sons provenant directement d'au-dessus, d'en dessous, de devant ou de derrière vous seraient identiques ; c'est pourquoi les indices monauraux sont essentiels (Grothe, Pecka et McAlpine, 2010).

Les indices binauraux, en revanche, fournissent des informations sur la localisation d'un son le long d'un axe horizontal en s'appuyant sur les différences de modèles de vibration du tympan entre nos deux oreilles. Si un son provient d'un endroit excentré, il crée deux types de signaux binauraux : des différences de niveau interauriculaires et des différences de temps interauriculaires. La différence de niveau interaural fait référence au fait qu'un son provenant du côté droit de votre corps est plus intense à votre oreille droite qu'à votre oreille gauche en raison de l'atténuation de l'onde sonore lorsqu'elle traverse votre tête. La différence de temps interauriculaire fait référence à la petite différence dans le temps auquel une onde sonore donnée arrive à chaque oreille. Certaines zones du cerveau surveillent ces différences pour déterminer l'origine d'un son le long d'un axe horizontal (Grothe et al., 2010).

La localisation du son implique l'utilisation de signaux monauraux et binauraux. (crédit "plan" : modification de l'œuvre de Max Pfandl)

Perte d'audition

La surdité est l'incapacité partielle ou totale d'entendre. Certaines personnes naissent sans entendre, ce que l'on appelle la surdité congénitale. D'autres personnes souffrent d'une surdité de transmission, due à un problème d'acheminement de l'énergie sonore vers la cochlée. Les causes de la surdité de transmission comprennent l'obstruction du canal auditif, un trou dans la membrane tympanique, des problèmes avec les osselets ou du liquide dans l'espace entre le tympan et la cochlée. Un autre groupe de personnes souffre de surdité de perception, qui est la forme la plus courante de perte auditive. La surdité de perception peut être causée par de nombreux facteurs, tels que le vieillissement, un traumatisme crânien ou acoustique, des infections et des maladies (comme la rougeole ou les oreillons), des médicaments, des effets environnementaux tels que l'exposition au bruit, des tumeurs et des toxines (comme celles que l'on trouve dans certains solvants et métaux).

Les facteurs environnementaux qui peuvent entraîner une surdité de perception comprennent l'exposition régulière à de la musique forte ou à des équipements de construction. a) Les artistes musicaux et b) les travailleurs de la construction sont exposés à ce type de déficience auditive. (crédit a : modification du travail par "GillyBerlin_Flickr"/Flickr ; crédit b : modification du travail par Nick Allen)

Étant donné la nature mécanique par laquelle le stimulus des ondes sonores est transmis du tympan à la fenêtre ovale de la cochlée en passant par les osselets, un certain degré de perte auditive est inévitable. Dans le cas d'une surdité de transmission, les problèmes auditifs sont associés à une défaillance de la vibration du tympan et/ou du mouvement des osselets. Ces problèmes sont souvent traités par des dispositifs tels que les appareils auditifs qui amplifient les ondes sonores entrantes pour rendre plus probable la vibration du tympan et le mouvement des osselets.

Lorsque le problème d'audition est associé à une incapacité à transmettre les signaux neuraux de la cochlée au cerveau, on parle de surdité de perception. La maladie de Ménière est l'une des maladies qui entraînent une surdité de perception. Bien qu'elle ne soit pas bien comprise, la maladie de Ménière entraîne une dégénérescence des structures de l'oreille interne qui peut conduire à une perte d'audition, des acouphènes (bourdonnements ou bourdonnements constants), des vertiges (impression de tourner) et une augmentation de la pression dans l'oreille interne (Semaan & Megerian, 2011). Ce type de perte ne peut pas être traité par des appareils auditifs, mais certaines personnes pourraient être candidates à un implant cochléaire comme option de traitement. Les implants cochléaires sont des dispositifs électroniques qui se composent d'un microphone, d'un processeur vocal et d'un réseau d'électrodes. L'appareil reçoit des informations sonores et stimule directement le nerf auditif pour qu'il transmette des informations au cerveau.

D'après Hearing