L’influence des statistiques temporelles sur la perception auditive, et son application au traitement de la parole – TEMPSTATS

L'axe 1 et 2 visent à vérifier l’existence de mécanismes de prédiction temporelle, lorsque le contexte sensoriel présente des régularités temporelles statistiques. Pour cela, les protocoles expérimentaux consistaient à présenter des séquences de sons présentant différentes statistiques temporelles (en manipulant les intervalles de temps entre les sons consécutifs des séquences). La tâche des volontaires consistait à discriminer des sons cibles déviants dans les séquences (dont la hauteur diffère de celle de sons dits standards). Nous testons ici l'hypothèse que les volontaires sont influencés par la structure temporelle probabiliste du contexte sensoriel, ce qui affecterait la perception des sons. Dans les axes 1 et 2, nous avons également utilisé l'électroencéphalographie (EEG) pour étudier les fondements cérébraux de la prédiction temporelle chez les adultes et les nourrissons de 3 mois. Dans l’axe 3, nous avons utilisé un paradigme d’amorçage rythmique. Dans ce paradigme, les volontaires écoutaient d’abord des stimuli musicaux de 30 secondes avec soit une composition musicale rythmique soit arythmique. Les volontaires écoutaient ensuite des blocs de phrases en français. Pour l’expérience chez les adultes, une tâche de jugement grammatical était demandée (c'est-à-dire répondre si chaque phrase est grammaticale ou non grammaticale). La tâche chez les enfants était une tâche de répétition de phrases, et nous avons analysé les enregistrements audios et utilisé différentes mesures acoustiques du discours (telles que la vitesse d'élocution, la durée des syllabes, des mots et des phonèmes dans les enregistrements). En plus des tâches, des questionnaires ont été utilisés pour évaluer les données démographiques, les capacités linguistiques, les compétences cognitives et les antécédents musicaux.

Les résultats de l’axe 1 suggèrent que les mécanismes de prédiction temporelle sont robustes face à la variabilité temporelle, et que la régularité temporelle d’une séquence auditive influence la perception des sons (Bonnet et al., 2024). Les performances de discrimination sonores diminuent progressivement la variabilité temporelle du contexte. Dans une expérience EEG complémentaire (Bonnet, et al., en préparation), nous montrons que la prédictibilité temporelle est associée à des changements à la réponse évoquée aux sons et également à la réponse oscillatoire à 2 Hz (associée à la fréquence moyenne de présentation des sons). On observe également une corrélation entre la puissance oscillatoire à 2 Hz et la rapidité de discrimination sonore dans les séquences sonores périodiques ; cependant, cette corrélation entre la dynamique oscillatoire cérébrale et la réponse comportementale n'était pas présente pour les séquences non périodiques. Ces résultats indiquent que la synchronisation entre les rythmes cérébraux et auditifs peut affecter le traitement des sons, mais seulement pour la stimulation périodique. Cela suggère l'existence de mécanismes distincts pour le traitement des prédictions temporelles périodiques et non périodiques.

Dans l’axe 2, nous montrons un lien entre compétence langagière et traitement du rythme. Une première étude (Bonnet et al., en préparation) montre un lien entre dyslexie et des déficits dans les capacités de prédiction temporelle. Dans cette étude comportementale les participants dyslexiques ont montré une sensibilité réduite au contexte temporel des séquences et ont une moindre capacité à discriminer des sons déviants que le groupe contrôle. Nous montrons également, dans une étude EEG que les nourrisons de 3 mois sont sensibles aux informations rythmiques auditives de la parole (Camici et al., in prep). Nous observons une synchronisation cerveau-parole plus élevée dans la gamme delta, ce qui suggère que le cerveau des bébés s'adapte à des rythmes auditifs lents. De plus, nous observons un suivi plus élevé pour la parole réelle par rapport à la parole vocodée, ce qui suggère que le cerveau des bébés est sensible à 3 mois à la structure spectrale spécifique de la parole.

Dans l’axe 3, nous avons étudié les effets de la pratique musicale et de l'amorçage rythmique sur la perception et la production de la parole. La première étude (Camici et al., 2025) a montré que l’exposition à des amorces rythmiques régulières peut améliorer la perception de la L2 chez les participants ayant une formation musicale. Dans une étude ultérieure (Camici et al., en préparation), nous avons examiné le potentiel de l’amorçage rythmique pour améliorer la prosodie de la production verbale chez les enfants au développement typique ainsi que chez ceux atteints de troubles du langage (TDL). Nous montrons que l'utilisation des amorces rythmiques régulières plutôt qu'irrégulières entraînerait une amélioration de la régularité de la parole en français.

Les résultats du projet fournissent des informations cruciales sur les mécanismes cognitifs et cérébraux qui sous-tendent le traitement des rythmes de la parole. Ils montrent tout d'abord que le cerveau est capable de suivre la structure temporelle complexe de la parole et de prédire les informations auditives qui sont régulières mais qui contiennent, comme la parole, une certaine variabilité temporelle. Les résultats montrent également que les troubles du langage sont associés à une moins bonne capacité à prédire correctement les sons dans le temps, notamment dans la dyslexie.

Les résultats du projet démontrent aussi un bénéfice de l’exposition aux rythmes musicaux durant l’apprentissage des langues, que ce soit durant l’enfance pour l’apprentissage de la langue natale, ou bien chez l’adulte durant l’apprentissage d’une seconde langue. D’une part, nos résultats montrent un impact positif de la pratique musicale des individus sur leur perception de la langue orale, d’autre part nous montrons également qu’une exposition courte à des rythmes musicaux réguliers peut améliorer la perception et la production de parole. Les résultats renforcent l’hypothèse selon laquelle l’apprentissage musical améliore les compétences langagières, et suggèrent qu’à terme des outils thérapeutiques basés sur le rythme pourraient être mis en place pour améliorer l'apprentissage des langues natales et étrangères.

Prédire l’arrivée des événements sensoriels dans le temps est crucial dans de nombreuses tâches perceptuelles. Le but de TEMPSTATS est de comprendre comment nous prédisons la temporalité de stimuli auditifs complexes, et plus particulièrement durant l’écoute de parole. Le projet étudiera d’abord le traitement neural des statistiques temporelles auditives à l'aide de stimuli artificiels. Sera testé ensuite le rôle des statistiques temporelles pour l'écoute de la parole. Enfin, il testera si l'exposition à des statistiques temporelles auditives spécifiques peut améliorer la compréhension de la parole chez l'adulte et l'enfant. TEMPSTATS permettra de déterminer les mécanismes cérébraux sous-jacents au traitement des statistiques temporelles auditives, et leur impact sur la compréhension du langage. Le projet contribuera au développement de nouvelles méthodes d’analyse de la dynamique neurale, et offrira des perspectives de développement d’outils pédagogiques pour la perception du langage.