Une région unique du cerveau associée à la “musique” de la parole chez les humains

Les humains sont les seuls primates qui sont capables de contrôler précisément le ton de leurs voix. Ce contrôle mélodique n’est pas seulement important pour nos capacités de chant : la hauteur fluctuante transmet également des informations critiques pendant la parole incluant compris l’humeur du locuteur, les mots d’emphase ou si une phrase est une affirmation ou une question. Certaines langues tonales, comme le chinois mandarin, utilisent même l’intensité pour donner des significations différentes à des mots identiques.¹

Désormais, une nouvelle recherche par les scientifiques de l’UC San Francisco révèle la zone du cerveau humain qui contrôle les cordes vocales du larynx pour le contrôle de l’intensité de notre voix. Un aperçu du contrôle de l’intensité pourrait ouvrir la voie à des prothèses cérébrales avancées qui permettraient aux personnes, qui ne peuvent pas s’exprimer, de s’exprimer de manière naturelle.

L’étude, publiée dans Cell, a été menée par Benjamin Dichter, PhD, chercheur postdoctoral dans le laboratoire de l’auteur principal Edward F. Chang, MD, professeur de chirurgie neurologique et membre de l’Institut UCSF Weill pour les neurosciences.

L’influence sur le larynx

Le laboratoire de Chang a récemment montré comment une partie du cerveau contrôle les muscles de la lèvre, de la langue et de la gorge pour produire les combinaisons fluides de voyelles et de consonnes qui constituent les principaux sons phonétiques de la parole. Leur nouvelle étude montre qu’une région différente du cerveau régit indépendamment la musique de la parole.

Quand vous poussez l’air à travers le larynx, vous pouvez contrôler la vitesse à laquelle vos cordes vocales vibrent en fonction de la tension. Tout comme le fait de resserrer une corde de guitare, l’augmentation de la tension dans ces cordes, en fléchissant les muscles du larynx, les fait vibrer plus rapidement et donne un son ou une parole avec un ton différent. Mais seules quelques espèces sont capables d’apprendre à contrôler le ton vocal de manière flexible. Le contrôle du larynx est une étape clé dans l’évolution de la langue parlée selon Dichter.

Mais pour comprendre comment le cerveau contrôle le larynx pendant la parole, les chercheurs ont besoin de comprendre ce qui se passe dans le cerveau en temps réel pendant que les gens parlent selon Chang. Le fait de comprendre comment nous parlons va bien au-delà de connaitre la localisation des fonctions de la parole dans le cerveau. C’est bien plus important de comprendre comment les cellules du cerveau encodent réellement les signaux de commande des muscles de la bouche et de la gorge.

Des changements dans le cerveau pendant la parole

En tant que neurochirurgien au Centre d’épilepsie de l’UCSF, Chang effectue des opérations pour exciser le tissu cérébral qui provoque des crises. Certains des patients atteints d’épilepsie sont équipés de réseaux de minuscules électrodes de haute densité à la surface de leur cerveau pour aider à identifier la genèse de leurs crises. Les chercheurs ont recruté des volontaires dans ce groupe de patients pour des études de recherche comme la nouvelle étude, qui nécessitent un examen précis de l’activité neuronale pendant certaines tâches de la parole. Cette méthode, connue sous le nom d’électrocorticographie ou ECoG, a permis à l’équipe d’identifier les zones du cerveau et les groupes spécifiques de neurones qui étaient activés lorsque les patients mettaient l’accent sur des mots différents tout en parlant.

Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont étudié comment les cerveaux de ces volontaires modulaient les changements de hauteur pour mettre l’accent sur différents mots de la phrase Je n’ai jamais dit qu’elle avait volé mon argent. Les volontaires lisent la phrase plusieurs fois, soulignant un mot différent à chaque fois ce qui modifie subtilement le sens de la phrase (Par exemple, “je n’ai jamais dit qu’elle volait mon argent” implique que quelqu’un d’autre a fait l’accusation alors que “je n’ai jamais dit qu’elle volait mon argent” implique que vous l’avez accusée d’avoir volé quelque chose d’autre). Et ce sens est différent en raison de la façon dont les locuteurs ont souligné différents mots dans la phrase en changeant d’intensité sans changer les mots.

Le cortex moteur laryngé dorsal

Ils ont découvert que l’activation des neurones dans une zone du cerveau, appelée le cortex moteur laryngé dorsal, était liée à des changements rapides de la hauteur comme lorsque différents mots sont soulignés dans une phrase. Plus cette zone du cortex était active, plus la hauteur du locuteur sur les mots individuels était élevée. C’est aussi valable pendant la parole que lorsque les patients chantaient une simple mélodie. Les neurones dans une zone du cerveau voisine se sont activés quand un locuteur a changé la hauteur globale de sa voix comme nous le faisons parfois lorsque nous parlons dans un ton plus élevé pour les animaux domestiques ou les enfants.

Ce visuel montre comment la capacité à contrôler la hauteur vocale pendant la parole et le chant est codée par le cortex moteur laryngé dorsal chez les humains – Crédit : Dichter et./Cell

Plus tard, alors que les patients subissaient une cartographie cérébrale en préparation de la neurochirurgie, les chercheurs ont stimulé électriquement les neurones dans le cortex moteur laryngé dorsal. La stimulation de ces neurones a non seulement fait fléchir les muscles du larynx, mais il a également provoqué la vocalisation spontanée de certains patients.

De plus, les chercheurs ont découvert que le cortex moteur laryngé dorsal réagit également à l’intensité lorsque les patients écoutaient silencieusement leur propre parole. Selon Dichter, cette région du cerveau ne semble pas être utilisée de la même manière chez les autres primates. Et la conclusion est que cette zone participe à la perception et à la production de changements de hauteur et sur la façon dont nos cerveaux nous permettent d’imiter la parole et de changer intentionnellement le ton de notre voix.

Des prothèses avec une voix parfaite

Dichter a déclaré que le prochain projet du groupe est déjà en cours. Le fait d’explorer s’ils pourraient être en mesure de décortiquer les contrôles du cerveau. Pouvons-nous prédire quel mot est accentué par un locuteur juste en regardant leur activité neurale ?

L’équipe estime également que cela permettra de développer une prothèse vocale qui pourrait donner des voix nuancées et naturelles à ceux qui sont incapables de parler. Il ne suffit pas de capturer les mots, car la façon de le dire détermine considérablement le sens de ces mots.

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