Aller au contenu principal
x

Cognition et communication auditive

LUC ARNAL ET DIANE LAZARD

COGNITION ET COMMUNICATION AUDITIVE

Chez l’homme comme chez l’animal, la communication sonore joue un rôle essentiel dans la capacité à partager des informations à distance et à réagir de façon adaptée et concertée. La perte ou la dégradation de cette fonction sensorielle essentielle a des conséquences dramatiques sur notre vie mentale et sociale. 

Neurophysiologie de la perception auditive et de la communication sonore

L’équipe de recherche Cognition et communication auditive s’intéresse à mieux comprendre les opérations cérébrales permettant le traitement de signaux de communication complexes –qu’ils soient verbaux, non-verbaux ou musicaux– et le déclenchement de réponses comportementales adaptées. En combinant diverses méthodes de psychoacoustique, de neuroimagerie (IRMf, MEG/EEG et EEG intracraniens) et de modélisation neuro-computationnelle, elle contribue au développement de nouveaux cadres théoriques et expérimentaux pour mieux comprendre comment ces signaux sont traités dans le cerveau. Les chercheurs comparent ces modèles chez l’individu normal ou atteint de déficiences sensorielles (surdité partielle ou profonde) ou de pathologies neuro-développementales (autisme, dyslexie).  

Étendant ces modèles dans le contexte de la communication non-verbale chez l’homme et chez le modèle animal, ils investiguent l’implication de réseaux auditifs sous-corticaux et limbiques dits ‘non classiques’. Au-delà de leur pertinence sur le plan fondamental, ces recherches ouvrent des perspectives pour mieux comprendre pourquoi les réponses cérébrales à certains sons sont affectées dans des pathologies telles que la maladie d’Alzheimer, les trouble de l’humeur (anxiété, dépression), la schizophrénie ou l’épilepsie, ouvrant ainsi de nouvelles pistes d’investigation de biomarqueurs neurophysiologiques de ces maladies.

 

MEMBRES DE L'ÉQUIPE

Luc ARNAL, PhD

Luc ARNAL, PhD

Diane LAZARD MD, PHD

Diane LAZARD MD, PHD

Keth DOELLING PhD

Keth DOELLING PhD

LISTE DES PUBLICATIONS MARQUANTES

Arnal, L.H., Kleinschmidt, A., Spinelli, L., Giraud, A.-L., and Mégevand, P. (2019). The rough sound of salience enhances aversion through neural synchronisation. Nature Communications.

Doelling, K.B., Florencia Assaneo, M., Bevilacqua, D., Pesaran, B., and Poeppel, D. (2019). An oscillator model better predicts cortical entrainment to music. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.

Rimmele, J.M., Morillon, B., Poeppel, D., and Arnal, L.H. (2018). Proactive Sensing of Periodic and Aperiodic Auditory Patterns. Trends in Cognitive Science.

Lazard, D.S., and Giraud, A.L. (2017). Faster phonological processing and right occipito-temporal coupling in deaf adults signal poor cochlear implant outcome. Nature Communications.

Arnal, L.H., Flinker, A., Kleinschmidt, A., Giraud, A.L., and Poeppel, D. (2015). Human Screams Occupy a Privileged Niche in the Communication Soundscape. Current Biology.

 

PROJETS

Projet 1 : Codage prédictif et rôle des oscillations neuronales dans le traitement de la parole et de la musique 

La capacité humaine à traiter des stimuli sonores continus tels que la parole ou la musique repose sur le contrôle proactif de mécanismes oscillatoires dans le système auditif. Comment ces mécanismes neuronaux fonctionnent-ils lorsque la perception des sons est dégradée, par exemple en cas de déficience auditive légère ou profonde ? Quelles sont les stratégies à court et à long termes utilisées par le cerveau humain pour compenser ces déficiences sensorielles et traiter de tels signaux ? Pour aborder ces questions fondamentales et cliniques, les chercheurs développent une série d'approches expérimentales chez l'individu normo-entendant et malentendant afin d'étudier :

  1. Le rôle des oscillations neuronales dans l'échantillonnage de la parole.
  2. L'implication des mécanismes prédictifs dans le traitement du son.
  3. Les réorganisations corticales à long terme impliquées dans l'adaptation à la perte des facultés de communication auditive. 

Projet 2 : Entrainement des réponses cérébrales dans les circuits auditifs classique et non-classique dans le cerveau normal et pathologique

Le système auditif humain n’est pas sensible de la même manière à toutes les fréquences du spectre audible. Certains sons sont capables d’induire des réponses émotionnelles stéréotypées, suggérant qu’il existe, au-delà des préférences esthétiques individuelles, des origines neurobiologiques déterminant notre perception et nos réactions au son. 

Dans une série d’expériences combinant des approches psychoacoustiques et de neuroimagerie (IRMf, EEG et électrophysiologie intracrânienne), l’équipe Cognition et communication auditive a récemment découvert que les sons « rugueux » ciblent non seulement le système auditif classique, mais également des réseaux sous-corticaux et limbiques « non-classiques » impactant notamment l’état de stress et d’éveil de l’auditeur. De façon surprenante, le traitement cérébral de ces mêmes sons semble affecté dans un certain nombre de pathologies neuro-développementales et neurodégénératives. Dans le but de mieux comprendre pourquoi et comment ces sons ont la capacité de cibler de tels circuits, les chercheurs comparent l’entraînement des réponses électrophysiologiques dans le cerveau humain (normal et pathologique) ainsi que chez le modèle animal.

 

PUBLICATIONS DES MEMBRES DE L'ÉQUIPE

Arnal, L.H., Kleinschmidt, A., Spinelli, L., Giraud, A.-L., and Mégevand, P. (2019). The rough sound of salience enhances aversion through neural synchronisation. Nat. Commun.

Morillon, B., Arnal, L.H., Schroeder, C.E., and Keitel, A. (2019). Prominence of delta oscillatory rhythms in the motor cortex and their relevance for auditory and speech perception. Neurosci. Biobehav. Rev.

Doelling, K.B., Florencia Assaneo, M., Bevilacqua, D., Pesaran, B., and Poeppel, D. (2019). An oscillator model better predicts cortical entrainment to music. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.

Lazard, D.S., Bergeret-Cassagne, H., Lefort, M., Leenhardt, L., Russ, G., Frouin, F., and Trésallet, C. (2018). Transcutaneous Laryngeal Ultrasonography for Laryngeal Immobility Diagnosis in Patients with Voice Disorders After Thyroid/Parathyroid Surgery. World J. Surg.

Giraud, A.L., and Arnal, L.H. (2018). Hierarchical Predictive Information Is Channeled by Asymmetric Oscillatory Activity. Neuron.

Li, T., Horta, M., Mascaro, J.S., Bijanki, K., Arnal, L.H., Adams, M., Barr, R.G., and Rilling, J.K. (2018). Explaining individual variation in paternal brain responses to infant cries. Physiol. Behav.

Rimmele, J.M., Morillon, B., Poeppel, D., and Arnal, L.H. (2018). Proactive Sensing of Periodic and Aperiodic Auditory Patterns. Trends Cogn. Sci.

Teng, X., Tian, X., Doelling, K., and Poeppel, D. (2018). Theta band oscillations reflect more than entrainment: behavioral and neural evidence demonstrates an active chunking process. Eur. J. Neurosci.

Anderson, C.A., Lazard, D.S., and Hartley, D.E.H. (2017). Plasticity in bilateral superior temporal cortex: Effects of deafness and cochlear implantation on auditory and visual speech processing. Hear. Res.

Marozeau, J., Ardoint, M., Gnansia, D., and Lazard, D.S. (2017). Acoustic match to electric pulse trains in single-sided deafness cochlear implant recipients. In International Symposium on Auditory and Audiological Research, p.

Bergeret-Cassagne, H., Lazard, D.S., Lefort, M., Hachi, S., Leenhardt, L., Menegaux, F., Russ, G., Trésallet, C., and Frouin, F. (2017). Sonographic Dynamic Description of the Laryngeal Tract: Definition of Quantitative Measures to Characterize Vocal Fold Motion and Estimation of Their Normal Values. J. Ultrasound Med.

Lazard, D.S., and Giraud, A.L. (2017). Faster phonological processing and right occipito-temporal coupling in deaf adults signal poor cochlear implant outcome. Nat. Commun.

Arnal, L.H., and Kleinschmidt, A.K. (2017). Entrained delta oscillations reflect the subjective tracking of time. Commun. Integr. Biol.

Pefkou, M., Arnal, L.H., Fontolan, L., and Giraud, A.L. (2017). θ-band and β-band neural activity reflects independent syllable tracking and comprehension of time-compressed speech. J. Neurosci.

Arnal, L.H. (2016). Le cri humain: Une niche acoustique particulière. Medecine/Sciences.

Arnal, L.H., Poeppel, D., and Giraud, A.-L. (2016). A Neurophysiological Perspective on Speech Processing in “The Neurobiology of Language.” In Neurobiology of Language, p.

Morillon, B., Schroeder, C.E., Wyart, V., and Arnal, L.H. (2016). Temporal prediction in lieu of periodic stimulation. J. Neurosci.

Cohen, M.-E., Lefort, M., Bergeret-Cassagne, H., Hachi, S., Li, A., Russ, G., Lazard, D., Menegaux, F., Leenhardt, L., Trésallet, C., et al. (2015). Quantification of vocal fold motion using echography: application to recurrent nerve paralysis detection. In Medical Imaging 2015: Computer-Aided Diagnosis, p.

Blamey, P.J., Maat, B., Başkent, D., Mawman, D., Burke, E., Dillier, N., Beynon, A., Kleine-Punte, A., Govaerts, P.J., Skarzynski, P.H., et al. (2015). A retrospective multicenter study comparing speech perception outcomes for bilateral implantation and bimodal rehabilitation. Ear Hear.

Song, J.J., Vanneste, S., Lazard, D.S., Van de Heyning, P., Park, J.H., Oh, S.H., and De Ridder, D. (2015). The role of the salience network in processing lexical and nonlexical stimuli in cochlear implant users: An ALE Meta-Analysis of PET Studies. Hum. Brain Mapp.

Arnal, L.H., Doelling, K.B., and Poeppel, D. (2015). Delta-beta coupled oscillations underlie temporal prediction accuracy. Cereb. Cortex.

Arnal, L.H., Poeppel, D., and Giraud, A.L. (2015). Temporal coding in the auditory cortex. In Handbook of Clinical Neurology.

Arnal, L.H., Flinker, A., Kleinschmidt, A., Giraud, A.L., and Poeppel, D. (2015). Human Screams Occupy a Privileged Niche in the Communication Soundscape. Curr. Biol.

Doelling, K.B., and Poeppel, D. (2015). Cortical entrainment to music and its modulation by expertise. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.

Gnansia, D., Lazard, D.S., Léger, A.C., Fugain, C., Lancelin, D., Meyer, B., and Lorenzi, C. (2014). Role of slow temporal modulations in speech identification for cochlear implant users. Int. J. Audiol.

Lazard, D.S., Innes-Brown, H., and Barone, P. (2014). Adaptation of the communicative brain to post-lingual deafness. Evidence from functional imaging. Hear. Res.

Doelling, K.B., Arnal, L.H., Ghitza, O., and Poeppel, D. (2014). Acoustic landmarks drive delta-theta oscillations to enable speech comprehension by facilitating perceptual parsing. Neuroimage.

Lazard, D.S., Lee, H.J., Truy, E., and Giraud, A.L. (2013). Bilateral reorganization of posterior temporal cortices in post-lingual deafness and its relation to cochlear implant outcome. Hum. Brain Mapp.

Lazard, D.S., Giraud, A.-L., and Barone, P. (2013). Multisensory Interactions in Auditory Cortex and Auditory Rehabilitation in Deafness.

Lazard, D.S., Collette, J.L., and Perrot, X. (2012). Speech processing: From peripheral to hemispheric asymmetry of the auditory system. Laryngoscope.

Verhaert, N., Lazard, D.S., Gnansia, D., Bbar, J.P., Romanet, P., Meyer, B., Pan, V., Mollard, D., and Truy, E. (2012). Speech performance and sound localization abilities in neurelec digisonic® SP binaural cochlear implant users. Audiol. Neurotol.

Lazard, D.S., Marozeau, J., and McDermott, H.J. (2012). The sound sensation of Apical electric stimulation in cochlear implant recipients with contralateral residual hearing. PLoS One.

Blamey, P., Artieres, F., Başkent, D., Bergeron, F., Beynon, A., Burke, E., Dillier, N., Dowell, R., Fraysse, B., Gallégo, S., et al. (2012). Factors affecting auditory performance of postlinguistically deaf adults using cochlear implants: An update with 2251 patients. Audiol. Neurotol.

Lazard, D.S., Godiris-Petit, G., Wagner, I., Sarfati, E., and Chabolle, F. (2012). Early detection of hypocalcemia after total/completion thyroidectomy: Routinely usable algorithm based on serum calcium level. World J. Surg.

Lazard, D.S., Vincent, C., Venail, F., van de Heyning, P., Truy, E., Sterkers, O., Skarzynski, P.H., Skarzynski, H., Schauwers, K., O’Leary, S., et al. (2012). Pre-, Per- and Postoperative Factors Affecting Performance of Postlinguistically Deaf Adults Using Cochlear Implants: A New Conceptual Model over Time. PLoS One.

Arnal, L.H. (2012). Predicting “when” using the motor system’s beta-band oscillations. Front. Hum. Neurosci.

Morillon, B., Liégeois-Chauvel, C., Arnal, L.H., Bénar, C.G., and Giraud, A.L. (2012). Asymmetric function of theta and gamma activity in syllable processing: An intra-cortical study. Front. Psychol.

Arnal, L.H., and Giraud, A.L. (2012). Cortical oscillations and sensory predictions. Trends Cogn. Sci.

Giraud, A.L., Lazard, D., and Lee, H.J. (2011). Cochlear implant outcome and functional brain organization in deaf subjects. Semin. Hear.

Lazard, D.S., Tosello, M., Bozorg-Grayeli, A., Vitte, E., Bouccara, D., Kalamarides, M., and Sterkers, O. (2011). Early complications and symptoms of cerebellopontine angle tumor surgery: A prospective analysis. Eur. Arch. Oto-Rhino-Laryngology.

Arnal, L.H., Wyart, V., and Giraud, A.L. (2011). Transitions in neural oscillations reflect prediction errors generated in audiovisual speech. Nat. Neurosci.

Lazard, D.S., Bordure, P., Lina-Granade, G., Magnan, J., Meller, R., Meyer, B., Radafy, E., Roux, P.E., Gnansia, D., Péan, V., et al. (2010). Speech perception performance for 100 post-lingually deaf adults fitted with Neurelec cochlear implants: Comparison between Digisonic® Convex and Digisonic® SP devices after a 1-year follow-up. Acta Otolaryngol.

Lazard, D.S., Blumen, M., Lévy, P., Chauvin, P., Fragny, D., Buchet, I., and Chabolle, F. (2009). The tongue-retaining device: Efficacy and side effects in obstructive sleep apnea syndrome. J. Clin. Sleep Med.

Arnal, L.H., Morillon, B., Kell, C.A., and Giraud, A.L. (2009). Dual neural routing of visual facilitation in speech processing. J. Neurosci.