(Premier texte d’une série de deux)

Introduction

La vie de tous les jours dans nos sociétés modernes nous amène à être confrontés à une infinité de bruits plus ou moins incommodants ayant le potentiel de nuire à la communication. En effet, dès le réveil, le bruit de la machine à café, des électroménagers, l’eau qui coule du robinet ou de la douche, ou même le séchoir à cheveux peuvent faire entrave à la compréhension de la parole. De même, lorsque nous sortons de la maison, le bruit du vent, du moteur des voitures, des autobus, les klaxons et les chantiers de construction peuvent interférer avec la source sonore que nous souhaitons entendre. Certaines personnes ont la chance de bénéficier d’un environnement de travail calme et sans bruit, mais plusieurs travailleurs doivent protéger leur ouïe contre des sources de bruit potentiellement dangereuses pour leur santé auditive, ce qui augmente le défi lié à la compréhension de la parole. Ces défis nous suivent même dans nos loisirs et dans nos sorties. Il suffit de penser aux difficultés de communication que l’on peut rencontrer dans les pubs ou les restaurants durant les heures de pointe où, souvent, une musique d’ambiance s’ajoute au bruit de babillage produit par les multiples conversations simultanées, et à tous les petits bruits ambiants, comme les bruits de pas, les portes qui ouvrent et ferment et la vaisselle qu’on dépose sur les tables. On peut également penser aux difficultés de communication rencontrées lors des grands rassemblements tels que les congrès ou les événements sportifs. En somme, les difficultés de communication causées par la présence de bruit peuvent se produire dans presque toutes les sphères de l’activité humaine.

Mais comment arrive-t-on à comprendre la parole malgré tous ces obstacles sonores ?

Voilà une question qui mérite que nous nous y attardions. Dans le présent article, nous proposons d’explorer cet enjeu en abordant les mécanismes biologiques de l’audition périphériques qui permettent la compréhension de la parole dans le bruit. Par opposition aux mécanismes dits centraux qui relèvent du tronc cérébral et du cerveau, les mécanismes périphériques impliquent les structures de l’oreille externe, de l’oreille moyenne, de l’oreille interne et du nerf auditif. Nous allons donc voir quels sont les mécanismes propres à chacune de ces structures qui permettent d’améliorer notre capacité à percevoir la parole dans le bruit. Dans le deuxième billet de cette série, nous présenterons les mécanismes centraux qui servent le même objectif.

Pour aiguiser vos connaissances relatives au système auditif central en préparation de notre prochain article, nous vous invitons à consulter nos précédents articles qui ont abordé ce sujet :

Le système auditif central sous-cortical

Le cortex auditif

L’effet cocktail party expliqué

Figure 1. Schéma du système auditif périphérique illustrant une onde sonore qui pénètre dans le conduit auditif externe, percutant la membrane tympanique qui provoque le mouvement des osselets qui transmettent les vibrations sonores dans la cochlée, qui les transforment en influx nerveux dirigés vers le nerf auditif. Source : https://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Auditory_system#/media/File:Auditory_System_Animation.gif

Voyons d’abord comment les difficultés de perception de la parole dans le bruit affectent les personnes à travers le monde.

Il est estimé que 5 à 15 % des références vers des cliniques spécialisées en audition, comme les cliniques d’audiologie, sont motivées par des difficultés de perception de la parole dans le bruit. Ces difficultés, longtemps associées à la perte auditive liée à l’âge (la presbyacousie), sont désormais connues pour se produire même chez des personnes qui ne présentent pas de perte auditive. Voici quelques exemples :
• Une étude réalisée au Royaume-Uni en 1989 a rapporté qu’environ 14 % des personnes âgées de 17 à 30 ans, et 20 % des 31 à 40 ans vivaient des difficultés de perception de la parole dans le bruit malgré le fait qu’une faible proportion d’entre elles avaient une perte auditive (Davis, 1989).

• Une étude réalisée en Finlande en 2011 a rapporté qu’environ 60 % des adultes âgés de 54 à 66 ans éprouvaient des difficultés importantes de perception de la parole dans le bruit malgré une acuité auditive normale (Hannula et al., 2011).

• Une étude réalisée aux États-Unis en 2015 a rapporté que 12 % des adultes de 21 à 67 ans ayant une acuité auditive normale se plaignaient des difficultés de perception de la parole dans le bruit (Tremblay et al., 2015).

• Des études réalisées en Australie en 2013 et en 2015 ont rapporté que 37 à 39 % des adultes de 18 à 35 ans éprouvaient des difficultés à entendre ou à suivre une conversation dans un environnement bruyant malgré une prévalence de perte auditive estimée à seulement 5 % parmi cette population (Gilliver, Beach, et Williams, 2013 et 2015).

Ces études réalisées dans 4 pays différents montrent que la prévalence des difficultés de perception de la parole dans le bruit peut varier entre ~14 et ~60 % chez les personnes âgées de 17 à 67 ans, bien que la grande majorité des personnes interrogées dans ces études présentaient une acuité auditive normale. Ceci suggère que la prévalence de ces difficultés est encore plus grande à l’échelle mondiale si l’on considère les personnes ayant un trouble auditif et les personnes âgées de plus de 67 ans.

Pour un rappel des notions anatomiques relatives à l’audition périphérique, nous vous invitons à consulter nos précédents articles qui ont couvert ce sujet :

Le système auditif périphérique

Les mécanismes physiopathologiques de la presbyacousie (section 2. Quelques notions anatomiques)

 

Fonction de transfert de l’oreille externe
Le premier mécanisme à intervenir dans la perception auditive est l’oreille externe. Beaucoup d’entre nous se sont déjà demandé pourquoi l’oreille externe avait cette forme si particulière. Cette forme n’est pas le simple fruit du hasard. En effet, elle permet l’amplification d’une gamme de sons particulièrement utiles pour reconnaître et comprendre la parole dans des environnements sonores défavorables. Ce mécanisme bien documenté dans la littérature scientifique est connu sous le nom de fonction de transfert de l’oreille externe. En moyenne, cette fonction permet d’amplifier de 10 à 20 décibels les sons compris entre 2 et 5 kHz, ce qui correspond aux sons de la parole / k / t / d / f / v / j / ch /. Or, l’amplification de ces sons spécifiques devient très utile lorsqu’il est question de faire la différence entre des mots semblables sur le plan sonore tels que Temps et Dent ou Feu et Vœux dans des contextes bruyants. Notons que cette fonction de transfert n’amplifie pas ou très peu les sons graves, ce qui représente un avantage étant donné que la grande majorité des bruits environnementaux se trouvent dans le registre grave. Cette fonction permet donc de favoriser l’audibilité des indices acoustiques fins de la parole tels que les consonnes.

Instinctivement, nous savons mettre à profit cette fonction de transfert de l’oreille externe. Il suffit de penser à une personne qui amène sa main ouverte derrière son oreille pour la faire agir comme un résonateur supplémentaire afin de cibler et de maximiser l’audibilité de la voix de son interlocuteur. De plus, les mouvements de la tête nous permettent souvent de favoriser cette fonction de transfert. En orientant l’une ou l’autre de nos oreilles vers le signal sonore d’intérêt, nous maximisons l’utilisation de cette fonction, ce qui nous permet en retour de mieux distinguer la parole du bruit ambiant.

Figure 2. Fonction de transfert de l’oreille externe. David Ratelle, membre étudiant du Laboratoire et auteur du présent article, a réalisé une expérience pour démontrer la fonction de transfert de l’oreille externe. L’expérience consistait à écouter une phrase d’environ 10 secondes tout en étant assis face à un haut-parleur. Dans un premier temps, de petites sondes acoustiques ont été positionnées au fond de ses conduits auditifs (courbes vertes) et dans un deuxième temps, elles ont été positionnées à l’entrée du pavillon de ses oreilles (courbes mauves). Les courbes représentent l’intensité sonore moyenne (en ordonnée) à chaque fréquence de grave à aigu (de 250 Hz à 16 kHz, en abscisse) produite par la phrase. Pour cette personne, nous pouvons observer que la fonction de transfert (courbes vertes) produit un gain maximum d’environ 20 dB autour de la fréquence de 3 kHz, ce qui est en accord avec les principes précédemment décrits. Source : David Ratelle.

Réflexe acoustique de l’oreille moyenne
Parfois appelé réflexe stapédien, le réflexe acoustique de l’oreille moyenne a comme but premier de protéger la cochlée contre les volumes sonores élevés. Son fonctionnement consiste à immobiliser partiellement la chaîne ossiculaire lorsqu’un son fort est détecté par une structure du tronc cérébral nommée le complexe olivaire supérieur. C’est le plus petit muscle du corps humain — le muscle stapédien — qui mesure un à deux millimètres (Figure 3, chiffre 7) qui est chargé de cette tâche. Prenant origine sur un petit promontoire osseux nommé éminence pyramidale (Figure 3, chiffre 8), et inséré au niveau de la tête de l’étrier (Figure 3, chiffre 3), la contraction du muscle stapédien empêche les vibrations sonores de poursuivre leur chemin vers la cochlée. Comme nous l’avons mentionné plus haut, la grande majorité des bruits environnementaux sont des sons graves. Or, le réflexe stapédien a la particularité d’être plus efficace pour diminuer l’intensité des sons graves, ce qui permet de favoriser l’audibilité des sons de la parole (plus spécifiquement le registre des consonnes) dans les contextes bruyants. Ceci s’explique par le fait que la rigidification de la chaîne ossiculaire a peu d’effet atténuateur sur la transmission des sons aigus. Notons toutefois que ce muscle, comme tous les muscles du corps, peut se fatiguer. Ainsi, dans une situation d’exposition à des sons forts de manière prolongée, l’avantage du muscle stapédien peut disparaître temporairement, rendant l’oreille plus vulnérable aux effets négatifs du bruit.

Figure 3. Schéma illustrant la jonction entre l’enclume et l’étrier sur laquelle est rattaché le muscle stapédien. Lorsque le muscle stapédien se contracte en présence de bruit à volume plus ou moins élevé, il minimise la transmission des sons graves tout en laissant circuler les sons plus aigus, ce qui favorise l’audibilité des sons de la parole tels que les consonnes. 1. Branche verticale de l’enclume, 2. apophyse lenticulaire de l’enclume, 3. tête de l’étrier, 4. branche antérieure de l’étrier, 5. branche postérieure de l’étrier, 6. platine de l’étrier, 7. muscle stapédien, 8. éminence pyramidale, 9. fenêtre ovale de la cochlée. Source : https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Etrier_sch%C3%A9ma.png

Pour savoir comment il est possible de mesurer les réflexes acoustiques, nous vous invitons à consulter un de nos précédents articles qui a couvert ce sujet :

L’audiologie et le travail d’audiologiste (section : Les réflexes acoustiques)

 

Tonotopie de la cochlée
Une fois la transmission des ondes sonores effectuée vers la cochlée par le biais de la membrane tympanique et de la chaîne ossiculaire, nous retrouvons une troisième particularité anatomique facilitatrice pour la perception de la parole dans le bruit. Celui-ci se nomme l’organisation tonotopique de la cochlée. Ce terme signifie que chaque son qu’il nous est possible d’entendre est capté à un endroit différent tout au long de la cochlée en fonction de sa fréquence (aigu ou grave). En effet, les sons aigus sont captés par les cellules ciliées à l’entrée de la cochlée alors que les sons graves sont captés par les cellules ciliées à l’extrémité de la cochlée. C’est un peu comme si une série de minuscules microphones (les cellules ciliées) ayant des résolutions fréquentielles distinctes étaient disposés tout au long de la cochlée, permettant ainsi une captation précise de la vaste gamme de sonorités que nous pouvons rencontrer au quotidien. Cette organisation tonotopique se maintient dans toutes les structures par lesquels l’influx nerveux en provenance de la cochlée passera, et ce, jusqu’au cerveau (Figure 4). Cette tonotopie nous permet donc de distinguer plus facilement tous les sons qui arrivent simultanément à nos oreilles.

Figure 4. Schéma de l’organisation tonotopique du système auditif périphérique et central. A. La tonotopie commence au niveau de la cochlée (système auditif périphérique) où les sons aigus (16 kHz) sont captés à l’entrée de la spirale formée par la cochlée, et où les sons graves (0,5 kHz) sont captés à l’extrémité de celle-ci. B. La tonotopie se maintient jusqu’au cerveau (système auditif central) où les sons graves sont traités vers l’avant du cortex auditif primaire et où les sons aigus sont traités vers l’arrière de celui-ci. Notons que les différents relais situés au niveau du tronc cérébral (non représentés sur la figure) sont aussi organisés de façon tonotopique. Source : https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/84/Frequency_mapping_in_human_ear_and_brain_-_10.1371_journal.pbio.0030137.g001-L.jpg (modifié)

Pour en lire davantage au sujet de la tonotopie, nous vous invitons à consulter un de nos précédents articles qui a couvert ce sujet :

Les mécanismes physiopathologiques de la presbyacousie (section 3 : La tonotopie : un mécanisme physiologique unique)

 

Motilité des cellules ciliées externes de la cochlée
En plus de cette organisation tonotopique, les cellules ciliées externes étendues tout au long de la cochlée disposent d’un mécanisme qui favorise l’amplification des sons plus faibles que nous percevons. Ce mécanisme se nomme motilité des cellules ciliées externes. En se contractant et en se relâchant en réponse aux signaux sonores, ces cellules augmentent la mobilité de la membrane tectoriale ce qui provoque l’action de cellules ciliées interne, responsables de la transmission de l’influx nerveux dans le nerf auditif. Cette amplification est dite sélective, car elle est moins importante pour les sons forts qui arrivent à nos oreilles. Cette motilité augmente ainsi nos chances de percevoir la parole lorsqu’on se trouve dans un environnement bruyant. Notons que ce mécanisme se produit sous la forme d’un réflexe (réflexe olivocochléaire) contrôlé par une zone du tronc cérébrale nommé le complexe olivaire supérieur. C’est depuis ce complexe olivaire supérieur que sont activées les fibres nerveuses motrices (identifiées en rouge sur la Figure 5) responsables de la motilité des cellules ciliées externes.

Pour voir une cellule ciliée externe en pleine motilité, cliquez ici !

Fibres du nerf auditif
Lorsque le mélange de paroles et de bruit franchi les structures de l’oreille externe, moyenne et interne, ce sont les fibres nerveuses qui rattachent les cellules ciliées internes de la cochlée au nerf auditif qui entrent en jeu (identifiées en bleu sur la Figure 5). Chaque cellule ciliée interne est rattachée à trois catégories de fibres nerveuses ayant des préférences spécifiques quant à l’information qu’elles transmettent. Nous trouvons donc des fibres qui entreront respectivement en activité en présence de sons faibles, moyens et forts. Ce sont les fibres activées en présence d’un fort volume qui sont les plus utiles pour la perception de la parole dans le bruit. Ces fibres ont la particularité d’être insensibles au bruit continu. Or, cette insensibilité ne signifie pas qu’elles ignorent complètement l’environnement sonore. Au contraire, leur spécialisation dans la transmission des informations sonores fortes leur permet de se concentrer sur les signaux de parole qui émergent au-dessus du niveau du bruit ambiant. Étant particulièrement sensibles aux variations d’intensité dans des environnements bruyants, ces fibres sont particulièrement adaptées pour saisir les contrastes sonores inhérents à la parole.

Figure 5. Schéma représentant une coupe transversale de l’organe de Corti situé tout au long de la cochlée. Ce minuscule organe repose sur la membrane basilaire. Ses principales composantes sont les cellules ciliées externes et les cellules ciliées internes. Cet organe est recouvert par la membrane tectoriale qui assure la transmission du mouvement des cellules ciliées externes vers les cellules ciliées internes par le biais du mouvement induit dans le liquide dans lequel elles baignent (endolymphe). Les cellules ciliées internes déclenchent alors un influx nerveux (potentiel d’action) qui sera dirigé vers le nerf auditif, qui passera ensuite par le système auditif central sous-cortical pour éventuellement atteindre le cortex auditif au niveau du cerveau. Source : https://commons.wikimedia.org/wiki/File:DrPaulineNeveu_03_Cellules_ciliees_int_ext_et_mb_tectoriale.svg

Conclusion
Dans un monde où le bruit fait partie intégrante de notre environnement quotidien, comprendre la parole au milieu de ces interférences sonores représente un défi constant. Dans ce billet, nous avons présenté les mécanismes du système auditif périphérique qui jouent un rôle facilitateur dans notre capacité à percevoir la parole dans des conditions bruyantes. Que ce soit grâce à la fonction de transfert de l’oreille externe amplifie les sons de la parole, le réflexe acoustique de l’oreille moyenne qui diminue l’impact des sons nuisibles, la tonotopie de la cochlée qui distingue les sons selon leur hauteur ou la motilité des cellules ciliées externes qui amplifie les sons les plus faibles, ou grâce aux fibres spécifiques du nerf auditif, chacun de ces petits mécanismes apporte sa contribution à notre capacité à communiquer efficacement malgré la présence de bruit ambiant !

Dans le deuxième billet de cette série, nous aborderons les mécanismes centraux qui contribuent à la perception de la parole dans le bruit.

Bibliographie

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