Pourquoi les sons durs sont-ils si insupportables pour le cerveau humain?
La plupart d'entre nous, sinon tous, trouvent que les bruits forts, comme ceux que font les alarmes de voiture, sont difficiles à supporter. Une nouvelle recherche examine ce qui se passe dans le cerveau lors d'une exposition à ces stimuli auditifs.
Les bruits de grille, tels que les alarmes de voiture, les sons d'un chantier de construction, ou même les cris humains, sont très difficiles voire impossibles à ignorer, principalement parce qu'ils sont désagréables.
Mais que se passe-t-il dans notre cerveau lorsque nous entendons de tels bruits, et pourquoi les trouvons-nous si insupportables?
Telles sont les questions auxquelles une équipe de chercheurs de l'Université de Genève et des Hôpitaux Universitaires de Genève en Suisse s'est efforcée de répondre dans une étude récente.
Pourquoi cette question est-elle importante en premier lieu? Dans leur article d'étude - qui apparaît dans le journal Communications de la nature - les chercheurs expliquent que cela est lié à des aspects de la communication.
«L’un des principaux objectifs de la communication est d’attirer l’attention des conspécifiques [individus de la même espèce]», écrivent les chercheurs, «un processus qui peut être optimisé en adaptant la saillance du signal pour maximiser les réponses sensori-motrices du récepteur.»
En neuroscience, la saillance est la qualité qui distingue quelque chose des éléments du même type. «Pour amplifier la saillance sensorielle et assurer des réactions efficaces du côté du récepteur, une stratégie générique consiste à augmenter l’intensité du signal, par exemple en criant ou en criant», notent les auteurs dans leur article.
«Cependant, l'amplitude du signal n'est pas le seul paramètre qui change lorsque nous augmentons les niveaux sonores vocaux. Une autre caractéristique émergente importante est la rugosité, une texture acoustique qui résulte de transitoires acoustiques répétitifs rapides », ajoutent-ils.
Ainsi, dans leur étude, les scientifiques ont d'abord établi la gamme de sons «rugueux» et désagréables pour le cerveau humain. Ils ont ensuite examiné les zones du cerveau que ces bruits activent.
Quand le bruit devient-il «intolérable»?
Les chercheurs ont recruté 27 participants en bonne santé âgés de 20 à 37 ans, dont 15 étaient des femmes. Les chercheurs ont travaillé avec divers groupes de ces participants pour différentes expériences.
Pour certaines de ces expériences, les chercheurs ont joué aux participants des sons répétitifs avec des fréquences comprises entre 0 et 250 hertz (Hz). Ils ont également joué ces sons à des intervalles de plus en plus courts pour déterminer le point auquel certains de ces sons sont devenus désagréables.
«Nous […] avons demandé aux participants quand ils percevaient les sons comme étant bruts (distincts les uns des autres) et quand ils les percevaient comme lisses (formant un son continu et unique)», explique l'un des chercheurs, Luc Arnal.
L'équipe a constaté que la limite supérieure de la rugosité du son se produit lorsque le stimulus atteint environ 130 Hz. «Au-dessus de cette limite, les fréquences sont entendues comme ne formant qu'un seul son continu», explique Arnal.
Pour comprendre quand, exactement, les sons rugueux deviennent désagréables, les chercheurs ont également demandé aux participants - alors qu'ils écoutaient des sons de fréquences différentes - d'évaluer les sons sur une échelle de un à cinq, cinq signifiant «insupportable».
«Les sons jugés intolérables se situaient principalement entre 40 et 80 Hz, c'est-à-dire dans la gamme des fréquences utilisées par les alarmes et les cris humains, y compris ceux d'un bébé», note Arnal.
Ces sons désagréables sont ceux que les humains peuvent percevoir à distance - ceux qui attirent vraiment notre attention. «C’est pourquoi les alarmes utilisent ces fréquences répétitives rapides pour maximiser les chances qu’elles soient détectées et attirer notre attention», ajoute Arnal.
Lorsque les stimuli auditifs se répètent plus souvent que toutes les 25 millisecondes environ, expliquent les chercheurs, le cerveau humain devient incapable d'anticiper les différents stimuli et les perçoit comme un bruit continu qu'il ne peut ignorer.
Les sons durs déclenchent des zones cérébrales d'aversion
Lorsque les chercheurs ont surveillé l'activité cérébrale pour savoir exactement pourquoi le cerveau trouve ces bruits violents si insupportables, ils ont trouvé quelque chose auquel ils ne s'attendaient pas.
«Nous avons utilisé un [électroencéphalogramme] intracrânien, qui enregistre l'activité cérébrale à l'intérieur du cerveau lui-même en réponse aux sons», explique le co-auteur Pierre Mégevand.
Les chercheurs ont surveillé l'activité cérébrale lorsque les participants entendaient des sons qui dépassaient la limite supérieure de rugosité (au-dessus de 130 Hz), ainsi que des sons dans la limite que les participants avaient qualifiée de particulièrement désagréable (entre 40 et 80 Hz).
Dans la première condition, les chercheurs ont vu que seul le cortex auditif du lobe temporal supérieur devenait actif, qui «est le circuit conventionnel de l'audition», comme l'observe Mégevand.
Cependant, lorsque les participants ont entendu des sons dans la gamme 40–80 Hz, d’autres zones cérébrales sont également devenues actives, à la grande surprise des chercheurs.
«Ces sons sollicitent l'amygdale, l'hippocampe et l'insula en particulier, tous les domaines liés à la saillance, à l'aversion et à la douleur. Cela explique pourquoi les participants les ont vécus comme insupportables.
Luc Arnal
«Nous comprenons enfin pourquoi le cerveau ne peut ignorer ces sons. Quelque chose de particulier se produit à ces fréquences, et il existe également de nombreuses maladies qui montrent des réponses cérébrales atypiques aux sons à 40 Hz. Celles-ci incluent la maladie d'Alzheimer, l'autisme et la schizophrénie », explique Arnal.
À l'avenir, les chercheurs prévoient de mener des recherches plus détaillées sur les réseaux cérébraux qui répondent aux sons durs. Ils espèrent découvrir s'il est possible de détecter certaines affections neurologiques simplement en surveillant l'activité cérébrale en réponse à des sons particuliers.
