Les fenêtres de temps des millisecondes peuvent être la clé de la façon dont nous entendons, étudie les découvertes

Que se passe-t-il lorsque vous écoutez le discours à une vitesse différente? Les neuroscientifiques pensaient que votre cerveau pourrait également augmenter sa vitesse de traitement. Mais il s’avère qu’au moins la partie auditive du cerveau continue de “écouter” ou de se bloquer à un moment fixe. C’est la conclusion clé de nouvelles recherches apparaissant dans Neuroscience de la nature.

The research was led by Sam Norman-Haignere, Ph.D., assistant professor of Biostatistics and Computational Biology, Biomedical Engineering, and Neuroscience at the Del Monte Institute for Neuroscience at the University of Rochester, in collaboration with researchers at Columbia University, including Principal Investigator Nima Mesgarani, Ph.D., of the Zuckerman Institute, and Menoua Keshishian, who completed his Ph.D. en génie électrique dans son laboratoire.

“Cela a été surprenant. Il s’avère que lorsque vous ralentirez un mot, le cortex auditif ne change pas la fenêtre temporelle qu’il traite. C’est comme si le cortex auditif s’intégre sur cette échelle de temps fixe”, a déclaré Norman-Haignere, le premier auteur de l’étude, qui a commencé l’étude en tant que chercheur postdoctoral à Columbia.

“L’un des objectifs clés de ce type de recherche est de créer de meilleurs modèles de calcul de la façon dont le cerveau traite les informations dans la parole, ce qui augmentera notre ensemble d’outils scientifiques et nous aidera finalement à comprendre ce qui va mal lorsque quelqu’un a du mal à comprendre le traitement de la parole et du langage.”

Les complexités de la compréhension et de la modélisation de la parole

Le cortex auditif, qui se compose de plusieurs couches et régions, est la zone cérébrale responsable du traitement et de l’interprétation des sons. Les chercheurs savent qu’il existe plusieurs régions dans le cerveau qui traitent la parole – le principal cortex auditif, le cortex auditif secondaire et les zones linguistiques au-delà du cortex auditif. Une compréhension fondamentale du fonctionnement de chaque région et de la hiérarchie entre et dans ces différentes régions n’est pas bien comprise.

La compréhension des complexités du cerveau a été aidée par le développement de modèles de calcul. Ces modèles informatiques utilisent des formules ou des algorithmes mathématiques pour comprendre et prédire les réponses neuronales et le comportement humain.

Les auteurs de cette étude ont utilisé des modèles informatiques pour tester si leur méthode de recherche distinguerait leurs deux hypothèses: le cortex auditif intègre-t-il des informations sur les structures vocales – par exemple, les mots – ou le temps? Il s’est avéré que certains modèles informatiques ont appris à s’intégrer à travers les structures vocales, contrairement au cortex auditif. Cette constatation a été utile en partie car elle a aidé à valider les méthodes que les auteurs utilisaient pour étudier la structure et le temps.

Accéder au cerveau humain

Les neuroscientifiques sont généralement limités dans les types de données neuronales qu’ils peuvent enregistrer à partir du cerveau humain. Les électroencéphalogrammes ou les EEG offrent aux chercheurs l’activité électrique du cerveau lu du cuir chevelu, qui est loin des cellules réelles qui produisent cette activité. Les IRM fonctionnels mesurent le flux sanguin dans le cerveau, qui est une mesure indirecte de l’activité cérébrale. Les deux outils ont transformé notre compréhension de la fonction et de la maladie du cerveau humain. Cependant, aucune méthode n’est capable d’enregistrer l’activité neuronale précise spatiale et temporellement.

Les chercheurs ont travaillé avec des patients atteints d’épilepsie du NYU Langone Medical Center, du Columbia University Irving Medical Center et de l’Université de Rochester Medical Center pour mesurer une activité neuronale précise de l’intérieur du cerveau humain. Ils ont travaillé avec des patients admis à l’hôpital pour surveillance de l’épilepsie.

Dans le cadre de leur surveillance, les électrodes ont été temporairement implantées à l’intérieur de leur cerveau afin que les médecins puissent mieux déterminer la zone du cerveau d’où proviennent leurs crises. Ces électrodes mesurent les réponses électriques juste à côté de l’endroit où les neurones sont actifs, offrant une précision beaucoup plus élevée que les méthodes standard telles que l’EEG et l’IRMf.

Les participants recrutés ont été chargés d’écouter un passage d’un livre audio à vitesse normale, puis ils ont été joués au même passage à une vitesse plus lente. Les chercheurs ont pensé qu’ils pourraient voir un changement dans la fenêtre temporelle neuronale qui variait avec la vitesse de la parole. Cependant, les différences qu’ils ont observées n’étaient pas à un minimum, indiquant que l’unité fondamentale de traitement est le temps physique – par exemple, 100 millisecondes – et non des structures vocales telles que les mots.

“Cette constatation remet en question l’idée intuitive que le traitement de notre cerveau devrait être attaché aux structures de la parole que nous entendons, comme les syllabes ou les mots”, a déclaré Mesgarani, auteur principal de l’étude et professeur agrégé de génie électrique à Columbia. “Au lieu de cela, nous avons montré que le cortex auditif fonctionne sur une échelle de temps fixe et interne, indépendante de la structure du son. Cela fournit un flux d’informations systématiquement chronométré que les régions cérébrales d’ordre supérieur doivent ensuite interpréter pour dériver le sens linguistique.”

“Mieux nous comprenons le traitement de la parole, mieux nous pensons que nous serons en mesure de comprendre ce qui provoque des déficits dans le traitement de la parole”, a déclaré Norman-Haignere. “Une chose qui est excitante dans cette ligne de travail est qu’il y a beaucoup de gens qui ont étudié l’audition, et de nombreuses personnes qui ont étudié le langage, mais votre cerveau a besoin de transformer en quelque sorte les sons qui atteignent votre oreille en mots, phrases et phrases.

“Donc, comprendre comment le cerveau passe de quelque chose de plus basé sur quelque chose de plus basé sur le langage et comment modéliser cette transformation, est un espace passionnant dans lequel nous travaillons.”

Les autres chercheurs incluent Guy McKhann et Catherine Schevon de l’Université Columbia, et Orrin Devinsku, Werner Doyle et Adeen Flinker, Nyu Langone Medical Center.