La dépendance de la phase des oscillations neuronales à la perception du langage : un rapport d’étude interdisciplinaire

Introduction

Lors du processus de perception du langage, la phase des oscillations neuronales joue un rôle crucial dans la séparation des représentations neuronales et dans la prise de décisions perceptives. Cependant, les mécanismes spécifiques de codage de phase restent flous. Cette étude vise à révéler comment le codage de phase est basé sur la probabilité des événements de parole interprétés, en particulier les unités de langage. En outre, l’étude explore également la spécificité régionale de ce codage de phase. Les résultats montrent que les oscillations neuronales séparent les représentations neuronales du langage en fonction de l’excitabilité des groupes de neurones.

Source du document

Cet article a été réalisé par Sanne Ten Oever, Lorenzo Titone, Noémie Te Rietmolen et Andrea E. Martin, principalement affiliés au Max Planck Institute for Psycholinguistics, Donders Centre for Cognitive Neuroimaging, Radboud University, Maastricht University, ainsi qu’au Max Planck Institute for Human Cognitive and Brain Sciences. Cet article est publié en 2024 dans les « Proceedings of the National Academy of Sciences » (PNAS), édité par Richard Aslin (Haskins Laboratories Inc.).

Processus de l’étude

Participants et méthodes

L’étude est divisée en trois parties : des expériences psychophysiques, des expériences de magnétoencéphalographie (MEG) et la modélisation computationnelle, incluant les étapes suivantes :

1. Expériences psychophysiques :

   • Les participants étaient des locuteurs natifs néerlandais.
   • L’étude utilisait quatre mots néerlandais : “dat” (cela), “gat” (trou), “gaat” (aller), “daad” (action), dont les consonnes, voyelles et fréquences lexicales varient.
   • Les équivalents en alphabet phonétique international (IPA) sont : /xαt/, /dαt/, /xat/, /dat/.

2. Expériences de magnétoencéphalographie (MEG) :

   • Utilisation de la technique MEG pour enregistrer l’activité électrique cérébrale des sujets.
   • Durant l’expérience, des mots flous étaient présentés de manière aléatoire aux sujets, enregistrant la phase des oscillations cérébrales correspondant à la fréquence de présentation.
   • Les principales régions étudiées comprenaient le gyrus temporal supérieur dominant (STG) et le gyrus temporal moyen latéral (MTG).

3. Modélisation computationnelle :

   • Construction de modèles intégrant le suivi de la parole et la représentation du contenu, simulant les résultats des expériences psychophysiques et MEG.
   • Le modèle inclut deux niveaux d’analyse : les niveaux de consonnes et de lexique, testant la performance dans différents scénarios en modifiant la sensibilité des groupes de neurones.

Résultats de l’étude

1. Résultats des expériences psychophysiques :

   • Face aux mots à haute fréquence (comme /dαt/ [cvw] et /γat/ [cvw]), les participants montrent plus de réponses dans des phases à haute excitabilité.
   • La relation phase-fréquence spécifique est telle que lorsqu’on ajuste les données expérimentales avec des oscillations sinusoïdales de 6.25Hz, une courbe d’ajustement significative est trouvée.

2. Résultats des expériences de magnétoencéphalographie (MEG) :

   • La phase des oscillations du gyrus temporal supérieur (STG) détermine la perception de la fréquence des consonnes, tandis que celle du gyrus temporal moyen latéral (MTG) détermine la perception de la fréquence lexicale, indiquant un effet de dissociation double.
   • Les différences moyennes de phase entre les réponses et leurs mots associés sont de 0.93π (consonnes basse fréquence), 0.87π (consonnes basse fréquence), et 0.002π (consonnes haute fréquence).

3. Résultats de la modélisation computationnelle :

   • Le modèle computationnel valide les résultats des expériences psychophysiques et MEG. Les mots et consonnes à haute fréquence présentent également une plus forte dépendance de phase dans le modèle.
   • Les différences de phase générées par le modèle concordent avec les résultats expérimentaux, bien qu’une validation plus large suggère que le codage de phase pourrait inclure non seulement les bandes de basse fréquence, mais aussi les bandes de haute fréquence (comme les fréquences alpha autour de 10Hz).

Conclusion

Cette étude clarifie comment le codage de phase dans les oscillations neuronales est basé sur la probabilité des unités linguistiques. En utilisant différentes unités de fréquence et spécificité régionale, la recherche montre comment la phase fournit des informations de catégorie perceptuelle durant la compréhension du langage. Cela aide non seulement à expliquer les mécanismes cognitifs dans la perception de la parole, mais ouvre aussi des pistes pour des recherches futures.

Points forts de l’étude

1. Découverte majeure : L’étude montre comment la phase des oscillations neuronales encode des informations liées à la probabilité des unités linguistiques, influençant ainsi la perception des mots.
2. Originalité : L’effet de dissociation double met en évidence la spécificité régionale des gyrus temporal moyen latéral (MTG) et supérieur (STG).
3. Nouvelle méthodologie : En associant des expériences psychophysiques et la modélisation computationnelle, cette étude offre une perspective innovante sur l’importance du codage de phase dans l’activité neuronale.

Importance de l’étude

Cette recherche enrichit notre compréhension de la perception de la parole et du codage de phase des oscillations neuronales. En dévoilant la dépendance de la phase dans les processus linguistiques complexes, elle favorise les recherches interdisciplinaires en neurosciences cognitives et en linguistique. Les études futures pourront explorer le codage de phase dans des contextes dynamiques, ce qui pourrait révéler des mécanismes cognitifs encore plus larges.