Ludwig van Beethoven a commencé à perdre l'audition à 28 ans et est devenu sourd à 44 ans. Bien que la cause de sa perte auditive reste un sujet de débat scientifique et de révision en cours, une chose est claire : malgré sa perte auditive, Beethoven n'a jamais cessé de composer la musique, probablement parce qu'il était capable de ressentir les vibrations des instruments de musique et « d'entendre » la musique grâce au sens du toucher, pensent les chercheurs.
Aujourd'hui, une étude menée par des chercheurs de la Harvard Medical School pourrait aider à expliquer ce qui a permis à Beethoven et à d'autres musiciens de développer un sens du toucher extrêmement raffiné après avoir perdu l'audition.
Les résultats, basés sur des expériences sur des souris et rapportés le 18 décembre dans Celluleoffrent un nouvel indice alléchant sur comment et pourquoi la diminution d’un sens augmente l’autre. Ils ajoutent également une nouvelle dimension surprenante à notre compréhension de la manière dont le cerveau et le corps fonctionnent de manière synchronisée pour traiter plusieurs sensations en même temps.
La recherche identifie une zone du cerveau appelée colliculus inférieur – ; jusqu'à présent étudié principalement pour son rôle dans le traitement du son – ; être également impliqué dans le traitement des signaux tactiles, y compris les vibrations mécaniques détectées par les terminaisons nerveuses de la peau.
Les expériences de l'équipe révèlent que les vibrations mécaniques à haute fréquence captées par des mécanorécepteurs ultrasensibles de la peau appelés corpuscules de Pacini ne sont pas exclusivement canalisées dans le cortex somatosensoriel – ; la zone du cerveau où les sensations corporelles sont traitées. Au lieu de cela, selon l’étude, ces signaux sont principalement acheminés du corps vers le colliculus inférieur du mésencéphale.
« Il s'agit d'une découverte très surprenante qui va à l'encontre de la vision canonique de l'endroit et de la manière dont la sensation tactile est traitée dans le cerveau », a déclaré l'auteur principal de l'étude, David Ginty, directeur du département de neurobiologie du HMS et de l'Edward R. et Anne G. Lefler. Professeur de neurobiologie.
Nous constatons qu'une région du colliculus inférieur du mésencéphale traite les vibrations, qu'il s'agisse de vibrations sous forme d'ondes sonores agissant sur l'oreille interne ou de vibrations mécaniques agissant sur la peau. Lorsque les signaux vibratoires auditifs et mécaniques convergent dans cette région du cerveau, ils amplifient l’expérience sensorielle, la rendant plus saillante. »
David Ginty, président, département de neurobiologie, Harvard Medical School
La capacité de détecter les vibrations permet aux organismes du règne animal de percevoir et de réagir aux changements subtils dans leur environnement, comme détecter et éviter les menaces, ce qui est essentiel à la survie. Par exemple, les serpents détectent le mouvement des proies et des prédateurs en appuyant leurs mâchoires contre le sol pour capter des vibrations subtiles. La capacité de détecter les vibrations est également centrale pour le développement et le raffinement d'adaptations plus complexes, telles que le recâblage neuronal du cerveau qui se produit après la perte d'une sensation pour en améliorer une autre – ; par exemple, le sens auditif de plus en plus aigu qui se développe après une perte de vision.
Les chercheurs affirment que les nouvelles découvertes sont particulièrement pertinentes dans ce dernier contexte – ; le recâblage neuronal qui se produit après la perte d’un sens. Ces connaissances pourraient éclairer le développement de prothèses augmentant la sensibilité tactile chez les personnes malentendantes.
« Les dispositifs qui transforment les sons en vibrations tactiles dans la gamme de fréquences paciniennes pourraient fournir aux individus une plus grande capacité à percevoir et à expérimenter le son », a déclaré Ginty, qui est également chercheur au Howard Hughes Medical Institute. « De tels dispositifs pourraient être placés autour du corps et à proximité des neurones paciniens pour permettre des vibrations mécaniques évoquées par le son de différentes fréquences sur les mains, les bras, les pieds, les jambes et le corps. »
Détecteurs de vibrations extrêmement sensibles
Les résultats mettent en évidence le rôle des neurones paciniens en tant que composant essentiel du système somatosensoriel. Leur structure unique et élaborée est la clé de leur extraordinaire sensibilité. Cela leur permet de détecter la moindre vibration mécanique. Chaque corpuscule pacinien est constitué d'un seul nerf se terminant en son centre, entouré de couches de cellules de soutien appelées cellules lamellaires. Les couches en forme d'oignon des membranes cellulaires lamellaires agissent comme des amortisseurs, permettant au corpuscule de Pacini de répondre avec précision et rapidité aux vibrations à haute fréquence tout en atténuant les perturbations à basse fréquence.
« L'évolution a placé ces récepteurs à différents endroits du règne animal pour s'adapter à différents environnements », a déclaré l'auteur principal de l'étude, Erica Huey, chercheuse au Ginty Lab. « Chez les humains, ces récepteurs sont situés profondément dans la peau du bout des doigts et des pieds, tandis que les éléphants, par exemple, ont une concentration élevée dans les pieds et le tronc. »
En effet, des recherches ont montré que les éléphants sont capables de détecter d’infimes vibrations sismiques à travers les coussinets de leurs pieds et la peau de leur trompe. Cependant, jusqu'à récemment, les scientifiques n'étaient pas en mesure d'enregistrer l'activité des neurones paciniens chez un animal éveillé et en mouvement libre, ce qui rend difficile d'avoir une idée complète de la sensibilité réelle de ces neurones et des stimuli qui déclenchent leur activation.
Des recherches antérieures dirigées par Josef Turecek, chercheur postdoctoral au Ginty Lab, ont montré que les neurones paciniens sont si sensibles qu'ils peuvent détecter des vibrations mécaniques aussi subtiles que celles produites par le mouvement d'un doigt sur une surface, même à plusieurs mètres.
La nouvelle étude s'appuie sur les travaux précédents pour explorer comment les signaux des corpuscules paciniens sont transmis et traités dans le cerveau. Les chercheurs ont transmis des vibrations mécaniques à différentes fréquences aux membres des souris ou à la plate-forme sur laquelle elles se tenaient à l'aide d'un stimulateur mécanique, tout en enregistrant simultanément l'activité des neurones dans les régions du cerveau impliquées dans le traitement sensoriel.
Lorsqu'ils ont comparé les réponses des neurones situés dans deux régions distinctes du cerveau, les chercheurs ont découvert que les neurones du noyau postérolatéral ventral du thalamus (VPL) – ; une station relais pour les informations sensorielles avant qu'elles n'atteignent le cortex somatosensoriel – ; étaient plus sensibles aux vibrations à basse fréquence. En revanche, les neurones du cortex latéral du colliculus inférieur répondaient préférentiellement aux vibrations à haute fréquence.
Pour explorer le rôle de deux types de mécanorécepteurs dans la peau – ; Corpuscules de Pacini et corpuscules de Meissner – ; En raison des réponses différentes des deux régions du cerveau aux vibrations hautes et basses fréquences, l'équipe a étudié des souris génétiquement modifiées dépourvues soit des corpuscules de Pacini, soit des corpuscules de Meissner.
Chez les souris sans corpuscules paciniens, les neurones du colliculus inférieur ont montré une réduction marquée de leur réponse aux vibrations à haute fréquence, ce qui suggère que les corpuscules de Pacini jouent un rôle clé dans la transmission des vibrations à haute fréquence vers cette zone.
Lorsque les chercheurs ont exposé les souris à un bruit blanc au lieu de vibrations mécaniques, ils ont constaté que les neurones du colliculus inférieur répondaient également, ce qui suggère que cette région traite à la fois les stimuli auditifs et somatosensoriels.
« En fait, nous avons observé que les neurones du colliculus inférieur répondaient plus fortement à une stimulation tactile-auditive combinée qu'à l'une ou l'autre seule », a déclaré Ginty.
Selon Ginty, cette intégration du son et du toucher dans le colliculus inférieur du mésencéphale aide à expliquer comment nous pouvons à la fois entendre et ressentir physiquement la musique lors d'un concert, rendant l'expérience sensorielle combinée plus profonde.
D’un point de vue évolutif, ce phénomène est probablement essentiel à la survie, et en apprendre davantage à son sujet peut éclairer les traitements de maladies comme l’autisme et la neuropathie chronique, où un dysfonctionnement conduit à une hypersensibilité au toucher.
Dans les études futures, les chercheurs sont également ravis d'explorer si ces résultats constituent un indice sur la capacité d'adaptation du cerveau, en recherchant spécifiquement si les organismes développent une sensibilité accrue à la détection des vibrations comme mécanisme compensatoire en cas de perte auditive.
