Pourquoi notre cerveau est meilleur pour traiter le langage après avoir entendu séquence rythmée.

Mes neurones ont du rythme !

Pour comprendre ce qu’il se passe dans notre cerveau, il faut parfois savoir payer de sa personne. C’est ainsi que je me suis retrouvé avec un casque à électrodes sur la tête à écouter des séquences bizarres alternant rythmes et textes lus. Objectif de l’expérience : comprendre pourquoi notre cerveau est meilleur pour traiter le langage après une amorce rythmique. Anna, la post-doctorante qui mène l’étude, m’a expliqué que c’était dû à une synchronisation de l’activité des neurones avec le rythme perçu. Et que ça se voyait !

21 juin, jour de la fête de la musique. Dans ma messagerie, un e-mail du Centre de recherche en neuroscience de Lyon (CRNL). Une de ses équipes est à la recherche de musiciens pour participer à une expérience mêlant rythme et langage. Musicien et curieux de tempérament, je me porte volontaire.

Quelques jours plus tard, je rencontre Anna Fiveash, post-doctorante dans l’équipe Cognition auditive et psychoacoustique du CRNL dirigée par Barbara Tillmann, et Églantine Vernay, stagiaire. Les deux chercheuses m’accueillent avec le sourire, un casque à électrodes… et une grande quantité de gel électroconducteur. Tout en appliquant le gel sur mon crâne, Anna m’explique qu’elle pratique la musique depuis l’enfance et qu’elle se pose depuis longtemps des questions sur le lien qui unit musique et langage. Lorsqu’elle a découvert, au début de ses études en neurosciences, que le cerveau traitait l’une et l’autre de la même façon, elle a su que cela deviendrait son sujet de thèse.

Expérience de cognition auditive avec EEGCoiffé de mon casque à électrodes, je suis prêt pour l’expérience. Pendant que l’ordinateur enregistre mon électroencéphalogramme (EEG), on me fait écouter un rythme suivi de deux textes préenregistrés. À la fin de chaque texte, un mot s’affiche sur l’écran de l’ordinateur. La consigne est simple : indiquer si ce mot est présent ou non dans le texte qui vient d’être lu. L’expérience est réitérée avec d’autres rythmes et d’autres textes. Elle dure une heure au total.

Après avoir fait le cobaye, j’essaie de comprendre avec Anna les tenants et aboutissants de l’expérience.

Quelle est l’hypothèse testée par cette étude ?
De nombreuses recherches comportementales ont montré que juste après une amorce rythmique régulière, comme celles que tu as entendues, le cerveau est meilleur pour traiter le langage. Il repère ainsi mieux et plus rapidement des erreurs grammaticales. Nous voulons savoir si cela se voit dans l’activité cérébrale. Pour cela, nous observons les oscillations neurales avec l’EEG. On sait que ces oscillations se synchronisent avec l’amorce rythmique et qu’elles continuent au-delà du stimulus et à la même fréquence. Avec cette activité rémanente pendant l’écoute du texte, on s’attend à voir un accroissement de l’attention, calqué sur les pics d’oscillations neurales. Pour le constater, nous mesurons le couplage stimulus-cerveau, c’est-à-dire le degré de synchronisation entre le stimulus (ici le texte) et le rythme cérébral. Notre hypothèse est que le couplage serait meilleur lorsque le participant a entendu une amorce rythmique régulière plutôt qu’une amorce irrégulière.

Effectivement, une fois sur deux, j’entendais des rythmes où la pulsation semblait avoir disparu. Pourquoi les avoir introduits ?
Pendant l’amorce irrégulière, selon notre hypothèse, les oscillations ne pourront pas se calquer sur le rythme, car il n’a pas une pulsation claire. On espère donc voir un moins bon couplage stimulus-cerveau lors de l’écoute des textes après avoir entendu une amorce irrégulière. En conséquence, on verra peut-être une moins bonne capacité à retrouver le mot affiché. Au départ, cette tâche était surtout destinée à faire en sorte que les participants soient attentifs aux textes.

Pour valider votre hypothèse, deviez-vous vous assurer que le rythme et la phrase soient au même tempo ?

Dans le langage, on trouve deux tempos prédominants : un lent, à 120 battements par minute, qui correspond au niveau de syllabe accentuée, et un autre deux fois plus rapide, qui correspond au niveau syllabique.

Oui, mais, comme tu l’as entendu, les phrases sont dites de manière naturelle. Dans d’autres études, les phrases sont rythmées comme l’amorce régulière, mais nous ne voulions pas travailler comme cela, étant donné que ça ne correspond pas au langage tel qu’il est réellement parlé. Même si le rythme du langage est bien moins régulier que le rythme en musique, on y trouve quand-même deux tempos prédominants, qu’on mesure en hertz (Hz). Le premier, plus lent, se situe autour des 2 Hz (qui correspond à 120 battements par minute, ou BPM, en musique, ndlr). C’est le niveau de syllabe accentuée. Le deuxième tempo, environ deux fois plus rapide, entre 4 et 5 Hz, est le niveau syllabique. Donc, au lieu d’adapter les textes à la musique, nous avons fait l’inverse : tous les rythmes ont été créés spécialement par un musicologue. Ils sont tous à 120 BPM, et les deux niveaux qu’on a évoqués ont été accentués.

J’ai trouvé l’exercice un peu répétitif et assez difficile…
C’est ce que nous souhaitons. En pratique, il nous faut beaucoup de données où l’on fait correspondre un stimulus à une réponse EEG, d’où la répétition. L’exercice était volontairement difficile pour conserver l’attention des participants. C’est aussi pourquoi nous avons voulu varier les rythmes et les textes.

J’ai eu l’impression de m’améliorer au fur et à mesure : est-ce le cas ?
Oui, il y a un effet d’apprentissage, que nous devons minimiser, ainsi que d’autres influences non désirées. Par exemple, il y a aussi les effets de primauté et de récence. Dans notre exemple, le cerveau détectera en moyenne mieux le mot cherché s’il a été placé en début ou en fin de phrase. Pour s’affranchir des effets d’apprentissage ou de position de mot, tous les rythmes et textes sont « randomisés » entre participants, c’est-à-dire qu’ils sont présentés de manière aléatoire à chaque expérience.

Après cet exercice, j’ai dû écouter plusieurs extraits musicaux. Que testez-vous dans cette séquence ?
C’est une expérience pilote. Notre but est de trouver le meilleur moyen pour mesurer la synchronisation des ondes cérébrales. Il est en effet assez compliqué de mesurer le couplage. À ce jour, de nombreuses méthodes existent. Les meilleures différeraient suivant le niveau de complexité de la musique. Nous exposons donc les participants à des extraits de complexités différentes : cela va de la simple répétition d’une note à un morceau de rock, en passant par la badinerie de Bach.

À la fin, j’ai eu un questionnaire à remplir sur ma pratique musicale qui m’a étonné par sa richesse. On m’a demandé aussi si je faisais de la danse ou du chant. Pourquoi ?

Existe-t-il une relation entre la pratique musicale et l’intensité avec laquelle on se représente le rythme ? Le couplage serait-il meilleur pour un batteur que pour d’autres musiciens ?

Il a été montré que, du fait de leur pratique, les musiciens sont meilleurs pour le traitement du rythme et du langage. Si nous voulons maximiser nos chances de trouver quelque chose, il faut donc chercher de ce côté-là. Dans le cas où notre hypothèse marcherait, nous ferons ensuite ces tests avec des non-musiciens, puis avec des dyslexiques, chez qui justement des problèmes de traitement du langage ont été révélés. Quant aux nombreuses questions, elles nous indiqueront s’il existe une relation entre la pratique musicale d’un participant et l’intensité avec laquelle il se représente le rythme. Le couplage serait-il meilleur pour un batteur que pour d’autres musiciens ? Le but est de regarder quelles influences peuvent peser sur la synchronisation en regardant les différences entre participants.

Quelles sont les applications possibles de ces recherches ?
Elles sont diverses. Pour commencer, de nombreuses études montrent que les enfants dyslexiques ont des problèmes de synchronisation. Si nous pouvions mesurer la capacité du cerveau des enfants à suivre un rythme, nous pourrions trouver ceux qui présentent un risque pour ce type de troubles, avant même l’apprentissage du langage. Ils pourraient ainsi recevoir un entraînement au rythme spécifique. D’autres applications existent, par exemple pour des patients atteints de la maladie de Parkinson qui ont des difficultés à se déplacer. En écoutant un rythme, ils parviennent à marcher ou à danser en suivant la pulsation. Les chercheurs détectent des déficits sur le traitement du rythme pour des troubles du développement comme le TDAH, l’autisme, les handicaps auditifs…

Au-delà des possibles thérapies, ces recherches donnent des arguments en faveur de l’inclusion de la musique dans l’enseignement général. Il a déjà été montré que des enfants qui suivent des activités d’apprentissage rythmique sur une longue période améliorent les capacités liées au langage, plus que des groupes de contrôle qui pratiquent d’autres activités, la peinture, par exemple. Bien sûr que nous devons garder la musique à l’école, parce que c’est intéressant et fantastique ! Si on ajoute à cela qu’elle développe l’aptitude aux langues et qu’elle favorise la cohésion sociale, il est plus que probable que son apprentissage se maintienne.

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Chercheur(s)

Anna Fiveash

Post-doctorante dans l'équipe Cognition auditive et psychoacoustique dirigée par Barbara Tillmann, Anna Fiveash travaille au Centre de recherche en neurosciences de Lyon sur les connexions entre la musique et le rythme du langage.

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Laboratoire

Centre de recherche en neurosciences de Lyon (CRNL)

Le CNRL rassemble 14 équipes pluridisciplinaires appartenant à l’Inserm, au CNRS et à l’Université Lyon. Elles travaillent sur le substrat neuronal et moléculaire des fonctions cérébrales, des processus sensoriels et moteurs jusqu'à la cognition. L’objectif est de relier les différents niveaux de compréhension du cerveau et de renforcer les échanges entre avancées conceptuelles fondamentales et défis cliniques.

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