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Entendre la musique

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Objectifs

Relier l’organisation de l’oreille externe et de l’oreille moyenne à la réception et la transmission de la vibration sonore.
Relier la structure des cellules ciliées à la perception du son et à la fragilité du système auditif.
Relier l’intensité du son au risque encouru par l’oreille interne.
Interpréter des données d’imagerie cérébrale relatives au traitement de l’information sonore.

Points clés

Les oreilles externe et moyenne captent, amplifient et transmettent le stimulus sonore jusqu’à l’oreille interne qui le convertit en message nerveux auditif.
L’être humain perçoit des sons de niveaux d’intensité approximativement compris entre 0 et 120 dB, et de fréquences comprises entre 20 et 20 000 Hz.
Les cellules ciliées de la cochlée sont des cellules sensorielles : grâce à leurs cils qui entrent en résonance, elles sont capables de transformer un stimulus physique (onde sonore) en un message nerveux auditif.
Les messages nerveux sont ensuite transmis au cerveau via les fibres nerveuses du nerf cochléaire.
Des aires cérébrales spécialisées reçoivent les messages nerveux auditifs et les analysent. Certaines aires permettent, après apprentissage, l’interprétation de l’univers sonore (parole, voix, musique...).
Les cils vibratiles sont fragiles et facilement endommagés par des sons trop intenses.

Pour bien comprendre

Le cerveau est structuré en lobes qui renferment des aires ayant chacune des fonctions particulières.
Le cerveau est formé de neurones : cellules spécialisées possédant un corps cellulaire, des dendrites et un axone.

1. L’oreille, organe sensoriel de l’audition

L’organisme humain perçoit l’environnement grâce aux organes sensoriels. L'oreille est l’organe sensoriel de l’audition.

a. La structure anatomique de l’oreille humaine

L’oreille est formée de trois parties : l'oreille externe, l’oreille moyenne et l’oreille interne.

Schéma de l’anatomie de l’oreille

Remarque
L’oreille interne comprend le vestibule, structure qui joue un rôle dans l’équilibre.

b. Le rôle des différentes parties de l’oreille

Les oreilles externe et moyenne captent, amplifient et transmettent le stimulus sonore jusqu’à l’oreille interne qui le convertit en message nerveux auditif.

Parties de l'oreille	Rôles
Oreille externe	Véritable antenne acoustique: capter, amplifier et focaliser les sons vers le tympan qui entre en résonance (vibre).
Oreille moyenne	Assurer le transfert et l'amplification des ondes sonores du milieu aérien aux liquides et aux structures de la cochlée. Les vibrations du tympan sont transmises au marteau, puis à l'enclume et à l'étrier, permettant à la fenêtre ovale d'entrer elle aussi en résonance.
Oreille interne	Les vibrations de la fenêtre ovale sont transmises dans le milieu liquide de l'oreille interne et se propagent jusqu'aux organes de Corti. Ces derniers sont tapissés de cellules ciliées qui convertissent l'onde sonore en message nerveux.

Remarque
C’est le rapport des surfaces entre tympan et fenêtre ovale qui permet une amplification des vibrations. En effet, le tympan a une surface 20 fois supérieure à celle de la fenêtre ovale.

2. Le traitement du stimulus sonore

a. Les caractéristiques des sons audibles

Un signal sonore se caractérise par :

sa fréquence, en Hertz (Hz) ;
son niveau sonore ou intensité, en décibel (dB) ;
sa durée, en seconde (s).

Les sons audibles par l’oreille humaine ont des fréquences comprises entre 20 Hz (sons graves) et 20 000 Hz (sons aigus).

L’oreille humaine ne perçoit ni les infrasons ni les ultrasons.

Sons audibles par l'oreille humaine

L’oreille humaine peut percevoir des sons de niveaux d’intensité approximativement compris entre 0 et 120 dB.

La plupart des sons du quotidien sont compris entre 30 et 90 dB. Au delà de 120 dB, les sons sont nocifs et peuvent détruire les structures de l'oreille interne de manière irréversible.

b. La naissance des messages nerveux auditifs

Les messages nerveux auditifs prennent naissance dans l’oreille interne, plus précisément dans les organes de Corti de la cochlée. Les organes de Corti sont constitués notamment de cellules ciliées.

Représentation de la cochlée, des organes de Corti
et d'une cellule ciliée

Une cellule ciliée possède dans sa partie supérieure une centaine de cils vibratiles et est connectée dans sa partie inférieure à une fibre nerveuse. L’ensemble des fibres nerveuses issues des cellules ciliées forme le nerf cochléaire, une des branches du nerf auditif.

Les cellules ciliées sont des cellules sensorielles : grâce à leurs cils qui entrent en résonance, elles sont capables de transformer un stimulus physique (onde sonore) en un message nerveux auditif. Les messages nerveux sont ensuite transmis au cerveau via les fibres nerveuses du nerf cochléaire.

Conversion du stimulus sonore en un message nerveux auditif

Remarque
La surdité est une diminution de l’acuité auditive. La grande majorité des surdités sont liées à un problème de l’oreille :

les surdités de transmission ont pour origine l’oreille externe (exemple : bouchon de cérumen) et moyenne (osselets endommagés) ;
les surdités de perception ont essentiellement pour origine l'oreille interne (lésions des cellules ciliées ou du nerf auditif).

Certaines surdités sont génétiques, d’autres acquises.

c. De la sensation à la perception du son : le rôle du cerveau

Les messages nerveux formés au niveau de l’oreille interne sont transportés jusqu'au cerveau par le nerf auditif.
Dans le cerveau, des cellules spécialisées, les neurones, reçoivent ce message et l’interprètent (son fort ou faible, aigu ou grave...) pour en faire une perception.

Une observation du cerveau par imagerie

L’activité du cerveau peut être observée grâce à l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf). Elle consiste à enregistrer des variations du flux sanguin lors de l’activité cérébrale.
En effet, lorsqu’une région du cerveau est activée, elle a besoin de davantage de dioxygène et de nutriments transportés par le sang pour fonctionner. L’appareil détecte ces variations et un traitement par ordinateur permet de les visualiser en utilisant des palettes de couleurs.
Il est possible d’obtenir différentes coupes du cerveau (axiale ou horizontale, sagittale ou transversale, coronale ou frontale).

Un scanner IRM

La localisation des aires cérébrales auditives

On fait écouter un son simple à un patient et on obtient les IRMf suivantes :

IRMf obtenues chez un patient écoutant un son simple

On constate que les zones activées, appelées aires cérébrales auditives, appartiennent au cortex auditif du lobe temporal.

Localisation des aires cérébrales auditives

Le cortex auditif primaire (ou aire auditive primaire) effectue un premier traitement des messages nerveux : il distingue les fréquences sonores, l’intensité des sons et leur durée.
Il communique avec le cortex auditif secondaire (ou aire auditive secondaire) qui affine le traitement : il permet par exemple la compréhension des mots du langage.

D’autres aires cérébrales peuvent collaborer suite à un stimulus sonore :

les aires associées à la mémoire (dans l’hippocampe) ;
les aires associées aux émotions (dans les amygdales) : ce qui explique l’émotion que l’on peut ressentir en écoutant une musique.

Des aires cérébrales spécialisées reçoivent donc les messages nerveux auditifs et les analysent. Certaines aires permettent, après apprentissage, l’interprétation de l’univers sonore (parole, voix, musique...).

Toutes ces analyses réalisées par le cerveau, qui donnent du sens et une interprétation à un son, s’appellent la perception sonore.
Une lésion au niveau du cortex auditif peut avoir pour conséquence des troubles auditifs variés.

3. La fragilité du système auditif

a. Les causes des troubles auditifs

La cochlée est fragile et nous naissons avec un capital limité de cellules sensorielles (moins de 15 000). Parmi les facteurs de risque, il y a le bruit intensif.

L’acuité auditive correspond au champ des fréquences perceptibles par l'oreille humaine ainsi que le seuil de leur perceptibilité.
Il est normal qu’avec l’âge, l’acuité auditive diminue, toutefois une exposition répétée à des environnements sonores nocifs accélèrent ce vieillissement auditif.
Le tableau suivant présente quelques exemples.

Intensité sonore en dB	Exemples	Durée maximum d'exposition sans protection
80 dB	Salle de classe active	8 h/jour
92 dB	Circulation	30 min/jour
95 dB	Baladeurs à pleine puissance	15 min/jour
107 dB	Sirène	1 min/jour
de 120 à 140 dB	Explosion Avion au décollage	Quelques secondes suffisent à provoquer de graves dégâts

Quelques exemples d'intensité sonore
et la durée maximale d'exposition sans protection

Législation européenne sur les niveaux sonores

Ce sont les cils vibratiles des cellules ciliées qui sont fragiles et facilement endommagés par des sons trop intenses.

Illustration de cils endommagés (à droite) suite à une exposition à un son
d'intensité importante sur une longue durée

Les dégâts irréversibles peuvent causer une surdité de perception.

b. Protéger son audition

En 2015, l’OMS a déclaré que 1,1 milliard de jeunes pourraient souffrir de surdité à cause de pratiques auditives dangereuses.

Il faut protéger son audition :

en contrôlant le niveau sonore de son baladeur MP3, de sa chaine hi–fi… ;
en limitant le temps d’exposition à un son d’intensité supérieure à 90 dB et en faisant des pauses de 10 min dans le silence ;
en portant un casque de protection ou des bouchons d’oreille en cas d’utilisation de perceuse à percussion, tronçonneuse, tondeuse, marteau-piqueur… ;
en mettant ses oreilles au repos au moins deux heures après un concert ou une soirée en discothèque.