Les expériences vocales menées auprès de personnes épileptiques ont permis de retracer le circuit des signaux électriques dans le cerveau qui permettent à son centre auditif de trier les sons de fond de leur propre voix.
De tels signaux de décharge auditive corollaire commencent et se terminent dans deux sous-régions de la surface pliée supérieure du cerveau, ou cortex, selon une nouvelle étude. Une grande partie du cortex, le cortex moteur, est connue pour contrôler les mouvements musculaires volontaires du corps, y compris ceux impliqués dans la parole, tandis qu'une autre grande partie, le cortex auditif, est connue pour contrôler l'audition.
En termes d'évolution, on pense que la capacité des animaux et des humains à distinguer leurs propres appels ou voix de ceux des autres a permis la perception des menaces et amélioré la survie. Les signaux électriques de va-et-vient, d'une durée de quelques millisecondes, qui permettent au cerveau de minimiser les bruits de fond sont présents, par exemple, lorsque les grillons distinguent rapidement leurs propres gazouillis d'accouplement de ceux des autres, lorsque les oiseaux chanteurs chantent des chants d'accouplement et lorsque les chauves-souris utilisent des réverbérations sonores pour négocier leurs environnements.
Chez les humains, les perturbations de ce système seraient également la marque d'hallucinations auditives, ou « d'entendre des voix », chez les personnes atteintes de schizophrénie qui ne peuvent pas distinguer les « vraies » voix des sons extérieurs, affirment les auteurs de l'étude. On pense également que les perturbations des signaux de décharge auditive corollaires sont également impliquées dans le bégaiement.
Alors que des expériences antérieures avaient suivi ce circuit électrique cérébral jusqu'au cortex moteur chez les mammifères, le domaine a eu du mal à déterminer d'où proviennent les signaux de décharge dans le cortex moteur humain. Cela est dû en partie à la difficulté d'enregistrer l'activité cérébrale lorsque les gens sont éveillés et parlent, mais principalement à la complexité de l'analyse informatique nécessaire pour analyser les enregistrements.
Pour la nouvelle étude, dirigée par des chercheurs de NYU Langone Health, de son institut de neurosciences et de la Tandon School of Engineering de NYU, des neuroscientifiques ont mené des expériences vocales chez huit adultes épileptiques. Tous subissaient une intervention chirurgicale de routine pour déterminer la source de leurs crises et se portaient volontaires pour participer à des exercices de mots.
Publier dans le Actes de l'Académie nationale des sciences (PNAS) En ligne le 3 décembre, le rapport décrit comment les chercheurs ont cartographié les signaux de décharge corollaire auditive de la partie inférieure, ou ventrale, du cortex moteur, une sous-région appelée gyrus précentral. Les signaux électriques, d'une durée moyenne de 120 millisecondes, se sont ensuite déplacés vers le bas et à travers les plis du gyrus précentral jusqu'à une sous-région corticale auditive voisine, appelée gyrus temporal supérieur.
Nous pensons que notre étude résout une énigme de longue date dans notre compréhension de la parole humaine, offrant la première preuve directe des circuits cérébraux du cortex moteur impliqués dans la décharge corollaire qui nous permettent de rester attentifs à notre environnement même lorsque nous parlons.
Amirhossein Khalilian-Gourtani, PhD, chercheur principal de l'étude
Khalilian-Gourtani est chercheur postdoctoral au département de neurologie de la NYU Grossman School of Medicine.
« Nos résultats fournissent également un aperçu spécifique de la schizophrénie, offrant une explication de la source des hallucinations auditives, résultant d'une décharge corollaire perturbée entre les cortex moteur et auditif du cerveau », a déclaré le neuroscientifique Adeen Flinker, PhD, chercheur principal de l'étude.
« Ce que nous et de nombreux autres chercheurs soupçonnons se produit chez certaines personnes atteintes de schizophrénie, c'est qu'elles sont incapables de dissocier leur propre voix des autres ou même d'autres stimuli externes », a déclaré Flinker, professeur agrégé au département de neurologie de la NYU Grossman School of Médecine et École d'ingénierie de NYU Tandon.
Dans le cadre de la nouvelle étude, les chercheurs ont réalisé plus de 3 200 enregistrements de l'activité électrique du cerveau pendant que les patients effectuaient une série d'expériences vocales pendant les pauses planifiées de leur chirurgie. Tous les patients ont eu plus de 200 sondes insérées dans leur cerveau pour surveiller principalement toute activité électrique liée aux crises. L'équipe de recherche a ensuite utilisé un modèle informatique pour évaluer et prédire quelles régions étaient actives dans la décharge corollaire pendant la parole dans le cadre d'expériences de mots conçues pour suivre la décharge.
Parmi les exercices, il était demandé aux patients d'écouter puis de répéter un mot, tel que « ballon » ; complétez une phrase avec le même mot en répondant à la question « Le garçon a fait exploser un… ? » et regardez l'image d'un ballon et décrivez-la avec le même mot.
Chaque test obligeait le patient à ignorer le mot qu'il entendait tout en restant attentif à son environnement visuel et acoustique, en restant concentré et en prononçant le même mot à haute voix.
Les participants à l’étude étaient pour la plupart des hommes et des femmes dans la trentaine et la quarantaine et étaient enregistrés depuis 2019 à NYU Langone. Les chercheurs ont enregistré l'activité électrique dans la plupart des sous-régions du cerveau des patients, alors que ceux-ci s'entendaient répondre aux enregistrements de déclarations lues à haute voix par d'autres. De tels tests de rétroaction audio ont été développés pour étudier en toute sécurité la manière dont le cerveau humain apprend et traite la parole.
Flinker dit que l'équipe prévoit des tests pour évaluer plus en détail comment et si le circuit de décharge corollaire est actif immédiatement avant les hallucinations induites lors de la stimulation cérébrale. Ils envisagent également de travailler avec des psychiatres sur des moyens non invasifs de tester le signal chez les personnes atteintes de schizophrénie.
Le soutien financier de l'étude a été fourni par la subvention HS-1912286 de la National Science Foundation et par les subventions R01NS109367 et R01NS115929 des National Institutes of Health.
Outre Khalilian-Gourtani et Flinker, les autres chercheurs de NYU Langone et NYU Tandon impliqués dans l'étude sont les co-chercheurs Ran Wang, Xupeng Chen, Leyao Yu, Patricia Dugan, Daniel Friedman, Werner Doyle, Orrin Devinsky et Yao Wang.
