Comment les vibrations créent l'illusion

Publié par Adrien le 24/09/2021 à 09:00
Source: Université de Genève
Des scientifiques de l'UNIGE et de l'UNIFR décryptent comment l'amplitude et la fréquence des vibrations peuvent biaiser l'interprétation qu'en fait le cerveau.


Les vibrations sont interprétées de la même façon par les souris et les humains. © UNIGE - Daniel Huber

De nos cinq sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but...), le toucher (Le toucher, aussi appelé tact ou taction, est l'un des cinq sens de l'homme ou de l'animal,...) est peut-être le moins étudié. Et pourtant, il est sollicité partout, tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...), et plus encore depuis quelques années, avec l'usage (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.) massif (Le mot massif peut être employé comme :) et quotidien d'objets technologiques émettant de nombreuses vibrations. En effet, les objets en mouvement envoient des stimuli oscillatoires qui se propagent à travers les matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...) solides. Notre corps les détecte au travers de récepteurs sensoriels situés sous la peau (La peau est un organe composé de plusieurs couches de tissus. Elle joue, entre autres, le...), puis les transmet au cerveau (Le cerveau est le principal organe du système nerveux central des animaux. Le cerveau traite...) pour analyse au même titre que les stimuli sonores, olfactifs ou encore visuels.

En étudiant le ressenti aux vibrations de souris et d'êtres humains, des chercheurs suisses des universités de Genève (UNIGE) et de Fribourg (UNIFR) ont découvert que le cerveau ne perçoit pas de manière fiable la fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un...) d'une vibration lorsque son amplitude (Dans cette simple équation d’onde :) varie. Un phénomène d'illusion se crée alors, qui met en lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) à quel point (Graphie) la perception que nous avons du monde (Le mot monde peut désigner :) qui nous entoure peut s'éloigner de sa réalité physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...). Des résultats à découvrir dans la revue Nature Communications.

Les vibrations sont des mouvement oscillatoires mécaniques émis à partir d'un point d'équilibre. En générant des ondes, elles sont perceptibles par la plupart des êtres vivants. Elles peuvent être définies selon deux critères principaux: la fréquence, qui mesure la rapidité du changement oscillatoire en Hz (Hertz, soit le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) de répétitions par seconde), et l'amplitude, qui correspond à la hauteur (La hauteur a plusieurs significations suivant le domaine abordé.) maximale atteinte par l'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible...), autrement dit son intensité. "Lorsqu'un téléphone (Le téléphone est un système de communication, initialement conçu pour transmettre la voix...) vibre, par exemple, cette vibration peut varier plus ou moins rapidement - sa fréquence - et être plus ou moins forte - son amplitude", explique Daniel Huber, professeur au Département des neurosciences (Les neurosciences correspondent à l'ensemble de toutes les disciplines biologiques et...) fondamentales de la Faculté de médecine (La médecine (du latin medicus, « qui guérit ») est la science et la...) de l'UNIGE, qui a dirigé ces travaux. "Mais comment le cerveau interprète-t-il ces données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) physiques ? C'est ce que nous avons voulu étudier ici."

Perceptions identiques chez les souris et les êtres humains

Pour ce faire, les scientifiques ont soumis un groupe de souris et un groupe d'êtres humains à la même expérience, où il fallait distinguer les fréquences de vibrations ressenties sur la main (La main est l’organe préhensile effecteur situé à...) ou sur la patte. "Il s'avère que les souris sont plus sensibles aux fréquences élevées (environ 1000Hz), alors que la sensibilité humaine optimale se situe à des fréquences beaucoup plus basses, autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) de 250Hz", détaille Mario Prsa, professeur au Département de médecine de l'UNIFR et premier auteur de cette étude.

"Cependant, les souris comme les humains différencient plus difficilement une fréquence basse d'une fréquence haute lorsque leurs amplitudes ne sont pas égales. En effet, un choix spécifique de leurs amplitudes respectives peut créer un phénomène de constance perceptuelle: des fréquences de vibration physiquement différentes sont ressenties comme identiques. Les deux espèces se laissent tromper par la même illusion de perception. C'est très étonnant!" Cette illusion suit une loi assez simple: les fréquences supérieures ou inférieures à la fréquence préférée - 250 Hz pour les humains, 1000 Hz pour les souris - sont ressentie comme étant identiques à cette fréquence lorsque l'amplitude est élevée. Une vibration de haute fréquence (500 Hz) nous paraît alors plus basse qu'elle ne l'est en réalité, tandis qu'une vibration inférieure à la fréquence de préférence (150 Hz) nous semble plus élevée. "Soumis à cette illusion psychophysique, le cerveau perçoit mal en se recentrant sur ce qu'il connaît le mieux", détaille Mario Prsa. "Ce phénomène se retrouve d'ailleurs pour d'autres sens, comme l'audition (L'audition est le fruit d'un mécanisme complexe assuré principalement par les deux...), où notre propre perception, se laissant tromper par un volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension...) très fort ou très faible, ne représente que rarement les paramètres physiques réels des stimuli, mais plutôt une interprétation de plusieurs caractéristiques combinées."

Un phénomène encore mystérieux

Mais comment et pourquoi cette illusion se crée-t-elle dans le cerveau ? "Cette question fait justement l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans...) de la suite de nos travaux", indique Daniel Huber. "A quel moment, exactement, le cerveau n'est-il plus capable d'interpréter correctement les stimuli tactiles et que se passe-t-il au niveau neuronal ? Et pourquoi tout le monde, et même les souris, réagit de la même manière?"

L'équipe de Daniel Huber va encore plus loin dans cette thématique: avec l'aide de volontaires sourds et de musiciens, il transpose des morceaux de musique en gammes vibratoires pour étudier comment les personnes sourdes perçoivent la musique.
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