L’ouie : comment l’organisme perçoit les sons

 

L’oreille est l’organe qui perçoit les sons. Afin de mieux comprendre les illusions auditives que nous allons traiter, il est nécessaire de rappeler quels sont les mécanismes de l’audition et du traitement du son par le cerveau. 

  

      1) organisation générale de l’oreille :

 

L'oreille comprend trois parties principales: l'oreille externe, l'oreille moyenne et l'oreille interne.

  

Ce schéma nous montre l’organisation générale de l’oreille…. On remarque que la majeure partie des mécanismes auditifs se situe à l’intérieur, et n'est pas visible extérieurement. De nombreux mécanismes interviennent pour permettre à l’organisme de percevoir les sons et nous allons tenter de les expliquer  

  

     2) l’oreille externe :  

  

L’oreille externe est constituée de ce que nous appelons tout simplement « oreille » dans le langage courant …  Le pavillon, de forme comparable à celle d’un entonnoir, est essentiel à la perception spatiale du son. Il aide à localiser la source sonore, mais n’est cependant pas indispensable à l’audition.  

Les vibrations sonores sont ensuite canalisées par le conduit auditif (petit tuyau d’un peu plus de deux centimètres de longueur). Ce conduit auditif se termine par le tympan, qui réagit aux variations de pression. On arrive alors dans l’oreille moyenne. 

  

     3) l’oreille moyenne :

 

Ce schéma nous présente plus en détail les mécanismes de l’oreille moyenne.  

  

Le tympan(4), vestige branchial, sépare le conduit auditif externe de la cavité de l'oreille moyenne qui est en relation avec la cavité buccale par la trompe d'Eustache (6). La fenêtre ovale, sur laquelle s'applique la platine de l'étrier (3), et la fenêtre ronde (5) séparent oreille moyenne et oreille interne. La chaîne ossiculaire comprend le marteau (1), l'enclume (2) et l'étrier (3) : elle relie le tympan à la fenêtre ovale. Le rapport des surfaces (>20/1) permet une amplification qui assure le transfert des pressions acoustiques entre le milieu aérien et le milieu liquidien de l'oreille interne. L'oreille moyenne peut ainsi être considérée comme un adaptateur d'impédance sans lequel une très grande partie de l'énergie acoustique serait perdue. 

    a) le tympan (4)   

Vue en microscopie électronique à balayage d'un tympan de cobaye. 

Le tympan, (4) sur le schéma, est une membrane fibreuse, élastique, mince mais résistante. Circulaire, de diamètre d’environ 1 cm, elle vibre au moindre heurt causé par une vibration sonore.   

 

    b) marteau (1), enclume(2),  étrier(3) :   Ces noms désignent les trois osselets (les plus petits os du squelette humain). Le marteau appuie sur l’enclume, et celui-ci sur l’étrier. Le premier touche, sur l’une de ses extrémités, le tympan ; l’étrier (qui a vraiment la forme d’un étrier), appuie sur une autre membrane, la fenêtre ovale, au-delà de laquelle se situe l’oreille interne. L’étrier transmet à cette membrane les vibrations du tympan. L’ensemble de ces trois os constitue un système de piston, et permet la propagation de la vibration du tympan. Les osselets sont contenus dans la « caisse du tympan ».  

  

    c) la trompe d’eustache (6) :  C’est le conduit qui met en communication la caisse du tympan avec la partie postérieure du pharynx. Ainsi, en ouvrant la bouche, les ondes sonores parviennent au tympan non seulement par la face externe, mais aussi par la face interne.  

  

Pour mieux comprendre ces mécanismes, essayez avec prudence d’expirer l’air de vos poumons en fermant la bouche et en vous pinçant le nez. Vous sentirez, dans vos oreilles, la membrane du tympan se gonfler sous la pression de l’air. En effet, ne trouvant pas d’autre issue, l’air est remonté par la trompe d’eustache et comprime le tympan.  

   

 

     4) l’oreille interne :

schéma in situ de l’oreille interne

Ce schéma met en évidence les deux organes principaux de l’oreille interne : le vestibule (1), essentiel à l’équilibre, et la cochlée (4), ou encore limaçon, de la taille d’un petit pois, véritable centre acoustique de l’oreille. La cochlée contient un  liquide et est partagée longitudinalement par la membrane basilaire. Le son imprime des oscillations à la membrane basilaire de façon sélective : les sons les plus aigus sont captés tout à l’avant, tandis que les sons graves pénètrent jusqu’au fond du limaçon. Sur la membrane basilaire se trouvent les capteurs à proprement parler, soit environ 20 000 cellules ciliées de l'organe cortique, qui transmettent des impulsions électriques aux nerfs auditifs dès que la membrane basilaire oscille. Les cellules ciliées sont stimulées plus ou moins fortement en fonction du volume sonore. Les nerfs issus du vestibule et de la cochlée se rejoignent (2) à l’entrée du système nerveux central, pour transmettre l’information au cerveau. (Nous expliquerons le fonctionnement des voies nerveuses auditives lors de la partie suivante).   

 

un son de fréquence grave affecte une portion plus apicale de la cochlée


un son de fréquence élevée affecte une portion basale de la cochlée

 

 

 

Nous revoyons en mouvement, grâce à ces animations, les osselets qui transmettent les vibrations du tympan. Sur l’animation 1, un son de fréquence grave atteint une portion apicale de la cochlée, alors que l’animation 2 nous montre qu'un son de fréquence plus élevée affecte une portion plus basale de la cochlée. Les différentes cellules de l’organe de corti (ou cellules ciliées) ne vibrent, comme le montre ce schéma, que pour des sons qui ont la même période de vibration. Chaque son ne stimule donc qu’un certain nombre de fibres nerveuses.

 

Distribution des fréquences le long de la membrane basilaire d'une cochlée humaine

  

La base de la cochlée reçoit les fréquences basses (20Hz) alors que l’apex est affecté par les fréquences plus hautes (jusque 20kHz). L’information captée par les capteurs (cellules ciliées de l’organe de corti) sont ensuite transmises au cerveau par l’intermédiaire du nerf auditif. Chaque son reçu envoie donc au cerveau une impulsion nerveuse selon sa fréquence propre. Voyons à présent comment le cerveau traite ces informations qui lui parviennent. 

  

     5) les voies auditives, traitement des informations sonores par le cerveau :

    

    On a vu que les oscillations causées par le son aboutissent sur une membrane élastique appelée "Membrane Basilaire". C'est sur cette membrane que sont fixées les cellules nerveuses qui vont transmettre une "image sonore au cerveau". Sur le schéma suivant, on peut identifier la zone du cerveau où sont traitées les informations sonores : le cortex auditif (3), c’est-à-dire la zone orangée. 

L'audition, comme toute autre modalité sensorielle, possède une voie et des centres primaires, c'est-à-dire totalement dédiés à cette fonction, et des voies dites non primaires moins importantes que nous n’évoquerons pas.

La voie primaire (principale) est courte (3 ou 4 relais), rapide, et aboutit au cortex auditif primaire. Elle véhicule l'information codée par la cochlée, chacun des relais effectuant un travail spécifique de décodage et d'interprétation qui est ensuite transmis aux relais supérieurs. 

Le schéma ci-contre nous montre le chemin du message nerveux sonore. Il passe d’abord par le nerf cochléaire (cf. schéma de la cochlée), puis il passe par plusieurs neurones avant d’arriver dans le thalamus où il se fait un important travail d'intégration : préparation d'une réponse motrice (vocale par exemple). Enfin, il est transmis au cortex auditif qui va recevoir un message déjà en parti décodé par les neurones sous-jacents, et va pouvoir le reconnaître, voire le mémoriser. 

 

 

 

Nous avons donc bien retracé le trajet de l’information sonore, depuis sa perception (par l’oreille externe, moyenne, interne) jusqu'à sa compréhension et son traitement par le cerveau. Mais nous allons maintenant voir quelles sont les limites de notre perception sonore, et aussi les dangers auxquels elle est exposée.

     

      6) perception humaine du son : limites et dangers :

 

Tout comme la vision, l’audition admet des limites. L’oreille humaine ne perçoit pas tous les sons. Elle  perçoit des fréquences comprises entre 20 Hz (fréquence la plus grave) et 20 000 Hz (fréquence perçue la plus aiguë).  Nous qualifions d'infrasons toute fréquence inférieure à 20 Hz et d'ultrasons tout ce qui est au-delà de 20 kHz. L’homme ne peut pas percevoir les sons qui dépassent ces limites. Le schéma suivant nous montre le domaine de l’audible pour l’homme.

  

 

La courbe inférieure représente la courbe des seuils de perception de l'oreille humaine en parfait état. Pour chaque fréquence, le seuil de perception est différent : les fréquences les mieux perçues (la courbe avoisine le 0 dB) se situent dans la gamme moyenne entre 1 et 3 kHz. C'est aussi dans cette gamme que la dynamique de sensation est la plus grande (de 0 à 130 dB). La courbe supérieure représente la limite des intensités perceptibles : au-delà, il y a douleur et/ou destruction cellulaire dans l'oreille. La zone conversationnelle définit les sons utilisés pour la communication par la voix humaine : ce n'est que lorsque cette zone est affectée que le handicap auditif apparaît vraiment.

L’intensité du son est mesurée en décibels, noté dB. Voici un document montrant ce que représente pour l’oreille l’intensité du son mesurée en décibels.

                                                           

si vous ne voyez pas l'animation, téléchargez le plug-in Flash pour Internet Explorer ici

   

 Après avoir étudié ces mécanismes de la perception sonore, nous allons à présent pouvoir expliquer les illusions qui en  sont issues.