Comment notre corps "écoute" les vibrations
Publié par Isabelle le 26/03/2019 à 14:00
Source: Université de Genève
Des chercheurs de l'UNIGE démontrent que, pour le cerveau, sons et vibrations sont finalement assez semblables. Cela expliquerait pourquoi les vibrations peuvent parfois être aussi désagréables que des nuisances sonores.


Des mécanorécepteurs disposés le long des os des pattes antérieures de la souris pourraient servir de sismographe pour "écouter" les vibrations. (© UNIGE / Daniel Huber)

Nous connaissons tous la sensation d'un téléphone (Le téléphone est un système de communication, initialement conçu pour transmettre la voix humaine.) portable qui vibre dans notre main (La main est l’organe préhensile effecteur situé à l’extrémité de l’avant-bras et relié à ce...), annonçant un appel entrant. Si nous percevons si clairement ces vibrations, c'est grâce à des récepteurs spécialisés qui les transforment en signaux neuronaux envoyés à notre cerveau (Le cerveau est le principal organe du système nerveux central des animaux. Le cerveau traite les informations en provenance des sens, contrôle de nombreuses fonctions du corps, dont la motricité volontaire, et...). Mais comment ce dernier code-t-il leurs caractéristiques physiques ? Pour le comprendre, des neuroscientifiques de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux...) de Genève (UNIGE) ont observé ce qui se passe dans le cerveau de souris dont les pattes perçoivent des vibrations. Ils ont découvert que les neurones du cortex (En biologie, le cortex (mot latin signifiant écorce) désigne la couche superficielle ou périphérique d'un tissu organique.) somatosensoriel sont activés d'une manière analogue à celles du cortex auditif réagissant au son. Ces résultats, publiés dans la revue Nature, suggèrent que sentir un téléphone vibrer ou l'entendre sonner repose en définitive sur les mêmes codes cérébraux.

Si vous placez un verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile (cassant) et transparent au rayonnement visible. Le plus souvent, le verre est constitué d’oxyde de silicium (silice SiO2) et de fondants, le...) d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) sur votre bureau, vous pourrez probablement observer à sa surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique,...) les mouvements oscillatoires concentriques créés par les petits mouvements qui se produisent à proximité. Ces oscillations sont causées par des vibrations qui se propagent à travers le sol, le bureau, le verre et toutes les autres surfaces solides. Elles sont aussi des stimuli sensoriels importants que nous utilisons pour détecter, par exemple, un train (Un train est un véhicule guidé circulant sur des rails. Un train est composé de plusieurs voitures (pour transporter des personnes) et/ou de...) qui approche ou pour identifier le pas familier de notre voisin de bureau. "Nous vivons entourés de vibrations qui sont extrêmement importantes dans notre manière de percevoir le monde (Le mot monde peut désigner :)", explique Daniel Huber, chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de...) au Département des neurosciences (Les neurosciences correspondent à l'ensemble de toutes les disciplines biologiques et médicales qui étudient tous les aspects, tant normaux que pathologiques, des...) fondamentales de la Faculté de médecine (La médecine (du latin medicus, « qui guérit ») est la science et la pratique (l'art) étudiant l'organisation du corps humain (anatomie), son fonctionnement normal...) de l'UNIGE, qui a dirigé ces travaux. "Nous voulions donc savoir comment le cerveau les perçoit et se les représente."

Une combinaison entre fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par unité de...) et amplitude (Dans cette simple équation d’onde :)

En utilisant la microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique plane de faible épaisseur) à travers le microscope. La microscopie permet de rendre visible des éléments...) à deux photons (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées électriquement interagissent, cette...), l'équipe de Daniel Huber a visualisé l'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) de centaines de neurones dans le cortex somatosensoriel d'une souris alors que des vibrations de différentes fréquences étaient transmises à sa patte avant. Tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) comme dans le cortex auditif, les neurones individuels s'activaient de manière sélective: ils répondaient fortement à certaines fréquences et moins à d'autres. "Il s'avère que ces neurones sont prioritairement activés par une combinaison spécifique de fréquence et d'amplitude, et que cette combinaison correspond à ce que la souris perçoit réellement. Autrement dit, une souris est dans l'impossibilité de distinguer une vibration de haute fréquence à faible amplitude d'une vibration de basse fréquence à une amplitude plus élevée", explique Mario Prsa, chercheur dans l'équipe du Dr Huber et premier auteur de l'étude. "Il s'agit du même effet psychoacoustique (Le rôle du cerveau dans la perception est particulièrement important car il fournit un gros travail d'analyse pour distinguer, reconnaître et évaluer les sons, selon leur hauteur bien sûr, mais surtout selon leur évolution au cours du...) détecté dans le système auditif, où la hauteur (La hauteur a plusieurs significations suivant le domaine abordé.) perçue d'un son change à la fois avec la fréquence et le volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.)." Ainsi, malgré le fait que les sons - qui voyagent dans l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est...) - et les vibrations - qui, elles, sont transmises par la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état...) - soient traités par différents canaux sensoriels, ils sont perçus et codés de façon similaire dans le cerveau.

Tout passe par les corpuscules de Pacini

Dans une deuxième étape, les chercheurs ont cherché à identifier la provenance des stimuli somatosensoriels concernés en effectuant une analyse histologique détaillée des corpuscules de Pacini dans le membre antérieur de la souris. Les corpuscules de Pacini, des récepteurs sensoriels, sont en effet connus pour transmettre des vibrations à haute fréquence chez les mammifères et sont très présents au bout des doigts des primates (Les primates (du latin primas, atis signifiant « celui qui occupe la première place ») constituent un ordre au sein des mammifères placentaires. Ce clade regroupe les singes - dont l'homme - ainsi que quelques...). "A notre grande surprise, nous avons constaté que les réponses vibratoires dans le cerveau de la souris provenaient de corpuscules de Pacini situés sur les os de l'avant-bras (L'avant-bras est, chez l'homme, la partie du membre supérieur comprise entre le coude et le poignet.), et que ces récepteurs étaient totalement absents dans la peau (La peau est un organe composé de plusieurs couches de tissus. Elle joue, entre autres, le rôle d'enveloppe protectrice du corps.) de leurs pattes", détaille Géraldine Cuenu, étudiante au sein du programme de master en neurosciences de l'UNIGE, chargée de cet aspect de la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique,...). En utilisant l'optogénétique, les chercheurs ont confirmé le lien entre les réponses corticales et la configuration particulière de ces mécanorécepteurs dans les membres antérieurs.

Un ancêtre du système auditif?

Se pourrait-il donc que la distribution particulière des mécanorécepteurs sensibles aux vibrations le long des os du membre antérieur agisse comme un sismographe pour "écouter" les vibrations de la matière ? Les stimuli vibratoires sont en effet utilisés par un certain nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) d'organismes vivants pour communiquer à travers les plantes, les branches et autres substrats solides. "Nos découvertes révèlent probablement l'existence d'un canal sensoriel ancien, qui pourrait être un précurseur évolutif de l'audition (L'audition est le fruit d'un mécanisme complexe assuré principalement par les deux oreilles (pour permettre la perception binaurale stéréophonie)et les voies centrales avec...)", conclut Mario Prsa. Cette modalité quelque peu vestigiale, mais très sensible, pourrait aussi expliquer comment nous sommes capables d'identifier des indices subtils liés aux catastrophes naturelles à venir, ou pourquoi les travaux de construction ou la circulation (La circulation routière (anglicisme: trafic routier) est le déplacement de véhicules automobiles sur une route.) causent des nuisances même quand ils sont inaudibles.

Contact chercheur:
Daniel Huber - Département des neurosciences fondamentales - Faculté de médecine de l'UNIGE

Cette recherche est publiée dans Nature DOI: 10.1038/s41586-019-1015-8
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