Santé

L'oreille et son analyse temporo-spatiale du pattern cochléaire

Dossier - L'oreille numérique, avenir de l'audition
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L'audition repose sur un processus encore bien mystérieux. Comment le message sonore est-il capté et codé avant d'être transmis à notre cerveau ? Le numérique peut-il jouer un rôle dans ce fonctionnement ? Les réponses dans notre dossier consacré à l'oreille numérique.

  
DossiersL'oreille numérique, avenir de l'audition
 

En réponse aux vibrations sonores captées et transmises par la chaîne tympano-ossiculaire aux liquides de l'oreille interne, la membrane basilaire est le siège de déformations instables, de formes ou patterns qui se modifient constamment en fonction des paramètres du signal.

Les cellules ciliées de Corti, réparties à sa surface, se comportent comme des capteurs de mouvement chargés de transformer l'énergie mécanique (acoustique) en énergie électrique (dépolarisation membranaire). Comme pour la cellule sensorielle vestibulaire, la cellule ciliée cochléaire est sensible à la dérivée du mouvement : il s'agit d'un capteur assimilable à un accéléromètre. Par l'entremise de neurotransmetteurs, la dépolarisation cellulaire est responsable finalement de la dépolarisation de la fibre nerveuse (spikes).

Le pattern, ou image cochléaire, est composé d’éléments discrets (ou pixels), de répartition linéaire pour le système cilié interne, spatial pour le système cilié externe. Comme chaque capteur n’occupe qu’une petite surface du champ, l’analyse de la forme membranaire cochléaire est obtenue par un découpage spatial de l’image. © Roland Carrat - Tous droits réservés

Analyse linéaire et analyse spatiale

Le mécanisme de transduction acoustico-neural consiste, pour le premier, en une analyse linéaire par utilisation d'un peigne d'échantillonnage (Dirac), pour le second en une analyse spatiale par utilisation d'une grille d'analyse, d'une trame. Ce pattern est bien connu en typographie : les carreaux de mosaïque, les motifs d'une broderie, les enseignes lumineuses des frontons de théâtre tracent depuis longtemps des caractères reconnaissables, alphabétiques par exemple, grossiers, à partir d'éléments discrets.

On sait que la répartition de ces capteurs forme deux systèmes :

  • l'un, externe comportant trois rangées (le système cilié externe et dessinant une mosaïque, un réseau) ;
  • l'autre une seule rangée (le système cilié interne) (voir ci-dessus).

Comme chaque capteur n'occupe qu'une portion de surface, l'analyse de la forme membranaire cochléaire comporte un fractionnement de l'image, une fragmentation bidimensionnelle pour les CCE (mosaïque), linéaire pour les CCI (assimilable à un peigne de Dirac). En d'autres termes, l'analyse des formes membranaires ou patterns, procède d'un échantillonnage spatial effectué par les CC et les fibres afférentes correspondantes.

En outre, comme ces patterns changent en permanence - sinon ils ne transporteraient aucune information - et comme chaque fibre nerveuse ne répond que par intervalles de temps (fenêtre temporelle), l'analyse des déformations successives de la membrane basilaire est également temporelle. Il s'agit d'un échantillonnage temporel.

Au total, l'oreille est un convertisseur analogique-digital qui analyse les formes acoustiques membranaires au moyen d'un échantillonnage spatio-temporel, les cellules de Corti formant le relais interface.

L'implant cochléaire est un implant électronique qui vise à fournir un certain niveau d'audition pour certaines personnes atteintes d'une surdité profonde. © Zipfer, DP

En corollaire, la qualité de l'analyse par l'échantillonnage spatial dépend de la densité surfacique ou linéaire des capteurs, c'est à dire du pas d'échantillonnage, mais elle ne dépend pas de leur nombre total. La finesse de l'analyse est d'autant meilleure que les capteurs sont plus rapprochés, et que le pas est plus petit. Dans le cas de l'échantillonnage temporel, la finesse de l'analyse dépend de la cadence de l'échantillonnage (intérêt marqué pour la compréhension des surdités).