L'Oreille
L’oreille — Principal organe de la communication VOUS pouvez baisser les paupières pour ne plus rien voir, retenir votre respiration pour ne plus rien sentir, mais vous ne pouvez fermer vos oreilles au point de ne plus rien entendre. L’expression “faire la sourde oreille” n’est vraie que dans son sens métaphorique. À l’image du cœur, l’ouïe ne s’arrête jamais de fonctionner, même pendant le sommeil. Nos oreilles fonctionnent donc constamment, nous permettant de rester en contact avec le monde extérieur. Elles sélectionnent, analysent et interprètent les informations qui leur parviennent, avant de les communiquer au cerveau. Dans un espace minuscule d’environ 16 centimètres cubes, elles font appel aux principes de l’acoustique, de la mécanique, de l’hydraulique, de l’électronique, ainsi qu’aux mathématiques supérieures. Voyez quelques-unes des performances dont elles sont capables lorsqu’elles sont en bon état: · Entre le plus faible murmure audible par l’oreille et l’assourdissant rugissement d’un avion à réaction qui décolle, il y a un facteur d’intensité de 10 000 milliards, soit, en termes techniques, une plage d’environ 130 décibels. · L’oreille peut rejeter le brouhaha d’une réunion pour ne sélectionner qu’une seule conversation, ou repérer une fausse note émise par un seul instrument dans tout un orchestre symphonique. · Qu’une source sonore se déplace de seulement deux degrés, et les oreilles de l’être humain sont capables de le déceler parce qu’elles sont sensibles à l’infime décalage de temps et d’intensité avec lequel le son les atteint l’une après l’autre. Ce décalage de temps peut être de l’ordre du dix-millionième de seconde, cela n’empêche pas les oreilles de le détecter et d’en informer le cerveau. · L’oreille peut reconnaître et distinguer quelque 400 000 signaux sonores. L’onde sonore est analysée automatiquement et comparée avec celles que le cerveau a en mémoire. C’est ce mécanisme qui vous permet de différencier une note jouée par un violon de la même note émise par une flûte, ou de reconnaître un interlocuteur au téléphone. Les “oreilles” qui encadrent notre visage ne sont en fait que les éléments les plus visibles de notre système auditif. La plupart d’entre nous se souviennent probablement d’avoir appris à l’école que l’oreille est constituée de trois parties: l’oreille externe, l’oreille moyenne et l’oreille interne. L’oreille externe est composée du pavillon, fait de peau et de cartilage, et du conduit auditif, qui débouche sur le tympan. L’oreille moyenne abrite les trois plus petits os du corps humain — le malleus, l’incus et le stapéal (appelés communément le marteau, l’enclume et l’étrier) —, qui forment un pont entre le tympan et la fenêtre ovale, porte d’accès à l’oreille interne. L'oreille interne comporte, quant à elle, deux structures d’aspect insolite: les canaux semi-circulaires et la cochlée, ou limaçon.
L’oreille externe: le récepteur
De toute évidence, l’oreille externe sert à recueillir les ondes sonores qui se propagent dans l’air et à les canaliser vers les parties profondes de l’oreille. Toutefois, son rôle ne se limite pas à cela, tant s’en faut. Vous êtes-vous jamais demandé si la forme convolutée du pavillon de l’oreille servait à quelque chose? Les scientifiques ont découvert que la cavité au centre du pavillon et le conduit auditif sont modelés de telle façon qu’ils amplifient les sons, et les font retentir à l’intérieur d’une certaine gamme de fréquences. En quoi cette propriété est-elle utile? Il apparaît que la plupart des sons caractéristiques de la voix humaine tombent dans cette gamme (20 Hertz à 20 KHertz). Ainsi, lorsque ces sons entrent dans le pavillon de l’oreille et empruntent le conduit auditif, leur intensité est multipliée par deux environ. Une véritable prouesse acoustique! L’oreille externe joue également un rôle important dans la faculté de localiser une source sonore. Comme nous l’avons dit, les sons venant de la droite ou de la gauche de la tête sont identifiés grâce à la différence d’intensité et au décalage de temps avec lesquels ils parviennent aux deux oreilles. Mais qu’en est-il lorsque les sons viennent de l’arrière? Là encore, la forme de l’oreille intervient. Le bord du pavillon est conçu de telle sorte qu’il interagit avec les sons qui arrivent de l’arrière, provoquant une diminution d’intensité dans les fréquences comprises entre 3 000 et 6 000 hertz. Le son s’en trouve altéré, et le cerveau en tire la conclusion qu’il vient de l’arrière. Les sons dont la source se trouve au-dessus de la tête sont également altérés, mais dans une autre gamme de fréquences.
L’oreille moyenne: une mécanique de rêve
Le rôle de l’oreille moyenne est de transformer les vibrations acoustiques des ondes sonores en vibrations mécaniques, et de les transmettre à l’oreille interne. Ce qui se passe dans cette cavité de la taille d’un pois relève véritablement d’une mécanique de rêve. Les ondes sonores font bien bouger le tympan, mais, contrairement à ce que l’on croit parfois, ces mouvements restent microscopiques, même lorsqu’ils sont provoqués par des sons puissants. De ce fait, la pression est trop faible pour avoir un effet sur les liquides de l’oreille interne. La manière dont cette difficulté est résolue tient du génie. La liaison des trois osselets de l’oreille moyenne est non seulement sensible, mais aussi efficace. Fonctionnant comme un système de leviers, elle amplifie d’environ 30 % toute force qui lui est transmise. De plus, comme la surface du tympan est à peu près 20 fois plus importante que celle de la plate-forme de l’étrier, la force exercée au départ sur le tympan se trouve concentrée sur une surface beaucoup plus réduite au niveau de la fenêtre ovale. Grâce à la conjugaison de ces deux phénomènes, la pression de vibration du tympan est multipliée par 25 ou 30 lorsqu’elle arrive à la fenêtre ovale, ce qui est suffisant pour mettre en mouvement le liquide de la cochlée. Avez-vous déjà constaté qu’un rhume de cerveau affecte parfois l’audition? S’il en est ainsi, c’est parce qu’une pression égale doit s’exercer de chaque côté du tympan et que cet équilibre est normalement maintenu grâce à un petit conduit, appelé trompe d’Eustache, qui relie l’oreille moyenne à la trachée. Ce passage s’ouvre chaque fois que nous déglutissons, libérant la pression accumulée dans l’oreille moyenne. La fonction première de l’oreille moyenne est de communiquer le mouvement du tympan au fluide qui se trouve dans l’oreille interne. Ce fluide est bien plus lourd que l’air. De même qu’un cycliste change de braquet lorsqu’il attaque une côte, de même le système d’audition utilise le ‘ braquet ’ qui lui permet de véhiculer l’énergie avec la plus grande efficacité possible. Dans l’oreille moyenne, l’énergie est transmise par trois osselets communément appelés marteau, enclume et étrier en raison de leur forme. Cette transmission mécanique miniature utilise un ‘ braquet ’ parfaitement adapté à l’oreille interne. On a calculé que sans cela 97 % de l’énergie sonore serait perdue ! À la chaîne que constituent les osselets sont fixés deux petits muscles. Lorsque l’oreille est exposée pendant un centième de seconde à une forte intensité sonore située dans les basses fréquences, ces muscles se contractent automatiquement et restreignent fortement les mouvements de la chaîne, prévenant ainsi toute lésion. Ce réflexe est suffisamment rapide pour vous protéger de presque tous les bruits intenses qui surviennent dans la nature, mais pas, en revanche, de tous ceux que peuvent produire des équipements mécaniques ou électroniques. En outre, les muscles ne se maintiennent en position protectrice que dix minutes au maximum. Toutefois, cela vous donne le temps de fuir la nuisance sonore. Chose intéressante également : lorsque vous parlez, votre cerveau envoie à ces muscles des signaux qui provoquent une baisse de votre sensibilité auditive, si bien que le son de votre voix n’est pas trop élevé pour vous.
L’oreille interne: la dernière étape
1- Canal antérieur
À partir de la fenêtre ovale, nous pénétrons dans l’oreille interne. Les trois boucles placées dans les trois plans de l’espace et appelées canaux semi-circulaires (canal cochléaire, horizontal et postérieur), sont des organes de l’équilibre et de la coordination. Avec la cochlée commence véritablement le phénomène de l’audition. La cochlée (du grec kokhlias, escargot) est composée fondamentalement de trois canaux, ou rampes, remplis de liquides et enroulés en spirale comme une coquille d’escargot. Deux de ces canaux communiquent entre eux au sommet de la spirale. Sous l’action de l’étrier, la fenêtre ovale, située à la base de la spirale, se trouve animée d’un mouvement de piston dont le va-et-vient engendre des ondes de pression hydraulique dans le liquide. En se propageant à l’intérieur de la spirale, ces ondes provoquent une ondulation des parois qui séparent les canaux. C’est le long d’une de ces parois — la membrane basilaire — que se trouve le véritable centre de l’audition, une structure extrêmement sensible appelée organe de Corti, du nom d’Alfonso Corti qui le découvrit en 1851. Sa partie-clé est constituée de rangées de cellules sensorielles ciliées au nombre de 15 000 ou plus. De ces cellules ciliées partent des milliers de fibres nerveuses, qui transmettent les informations sur la fréquence, l’intensité et le timbre du son jusqu’au cerveau, où se produit alors la sensation auditive. Le mystère s’éclaircit On s’est longtemps demandé par quel processus l’organe de Corti communiquait ces données complexes au cerveau. Les scientifiques savaient que le cerveau ne répond pas à des vibrations mécaniques, mais uniquement à des changements électrochimiques. L’organe de Corti devait donc, d’une manière ou d’une autre, convertir le mouvement ondulatoire de la membrane basilaire en impulsions électriques, et transmettre celles-ci au cerveau. Il aura fallu quelque 25 ans au savant hongrois Georg von Békésy pour percer le mystère de ce minuscule organe. Il découvrit notamment qu’à un moment précis de leur progression dans les canaux de la cochlée les ondes de pression hydraulique atteignent un maximum et poussent alors sur la membrane basilaire. Lorsque les ondes proviennent de sons aigus, cette poussée s’effectue près de la base de la cochlée; lorsqu’elles proviennent de sons graves elles sont perçues vers le sommet. Le savant en tira la conclusion qu’un son d’une fréquence définie produit des ondes qui ploient la membrane basilaire en un endroit spécifique, déclenchant une réponse des cellules ciliées locales et, partant, l’envoi de signaux vers le cerveau. L’emplacement des cellules ciliées correspondrait donc à la fréquence, et le nombre de cellules stimulées, à l’intensité. Cette explication était valable pour les sons simples. Toutefois, les sons présents dans la nature le sont rarement. Le coassement d’une grenouille n’a rien à voir avec un roulement de tambour, fût-il de la même fréquence, et ce pour la simple raison que chaque son est constitué d’un ton fondamental et de nombreux harmoniques. Le nombre d’harmoniques et leur intensité confèrent à chaque son un caractère, ou timbre, particulier. C’est grâce à ce phénomène que nous pouvons reconnaître les sons que nous entendons. (voir la page "Le son : de l'analogique au numérique") La membrane basilaire est capable de réagir simultanément à tous les harmoniques d’un son; elle en détecte le nombre et la nature, ce qui lui permet d’identifier le son. Les mathématiciens appellent cette technique analyse de Fourier, du nom de Jean-Baptiste-Joseph Fourier, brillant mathématicien français du XIXe siècle. L’oreille, elle, utilise depuis toujours ces mathématiques supérieures pour analyser les sons qui lui parviennent et transmettre l’information au cerveau. Un peu plus sur la cochlée Nous l'avons dit, l’oreille interne, ou labyrinthe, est composée de plusieurs parties : vestibule, canaux semi-circulaires, cochlée (ou limaçon). Seule cette dernière joue un rôle dans l’audition, les autres contenant les organes de l’équilibration. La cochlée, dont la forme rappelle celle d’une coquille d’escargot, est un tube d’environ 35 mm de long enroulé autour d’un axe creux qui contient le nerf auditif. Elle forme deux tours et demi depuis sa base. proche de la fenêtre ovale, jusqu’à son sommet, et elle comprend deux rampes : la rampe vestibulaire, et la rampe tympanique (remplies d’un liquide appelé périlymphe) et séparées par le canal cochléaire . Teneur du signal Aujourd’hui encore, les scientifiques ne savent toujours pas précisément quelle sorte de signaux l’oreille interne envoie au cerveau. Les recherches ont révélé que tous les signaux émis par les cellules ciliées sont de durée et d’intensité à peu près égales. D’où la conclusion que le message qui parvient au cerveau ne dépend pas de la teneur des signaux, mais simplement de l’émission ou de la non-émission de ceux-ci. Pour illustrer ce processus, pensez à ce jeu au cours duquel des enfants se transmettent une histoire en se la racontant à voix basse. Lorsqu’elle arrive au bout de la chaîne, elle n’a souvent plus grand-chose à voir avec l’original. Maintenant, si, au lieu d’une histoire compliquée, c’est un code — un nombre par exemple — qui est transmis, il est peu vraisemblable qu’il sera déformé. C’est, semble-t-il, ce procédé qu’utilise l’oreille interne. Il est intéressant de remarquer qu’une technique moderne de communication, la modulation par impulsions codées, fait appel au même principe. Au lieu d’envoyer les détails d’un événement, on se contente d’envoyer un code représentant cet événement. C’est par ce moyen — sous forme de bits — que nous sont parvenues les images en provenance de Mars ou que l’on convertit les sons pour les enregistrer et les repasser. Mais, là encore, l’oreille a plusieurs millénaires d’avance.
Cerveau et audition L’élément le plus important du système auditif est le cerveau, qui a l’extraordinaire capacité de transformer le flux d’informations qu’il reçoit sous forme d’impulsions nerveuses en perception mentale du son. Ce rôle majeur met en évidence le lien particulier qui existe entre la pensée et l’audition, domaine étudié par la psycho-acoustique. Par exemple, dans une pièce pleine à craquer, votre cerveau vous permet d’écouter une conversation parmi toutes celles qui se déroulent simultanément. Un microphone ne le peut pas. C’est pourquoi un enregistrement fait dans la même pièce sera probablement incompréhensible. L’irritation provoquée par un bruit indésirable révèle un autre aspect de ce lien. Si faible soit-il, il risque de vous agacer. Prenons le cas d’un robinet qui goutte. Le bruit qu’il fait est très faible, mais vous le trouverez extrêmement désagréable si, au milieu de la nuit, il vous empêche de dormir ! Il existe en effet un rapport étroit entre les émotions et le sens de l’ouïe. Citons par exemple l’effet que produit un rire communicatif, ou le réconfort qu’apportent un mot affectueux ou des félicitations sincères. Une bonne part de notre apprentissage intellectuel passe également par ce que nous entendons.
Oreille et équilibre
Le centre de coordination de l’équilibration se trouve dans le tronc cérébral, la base du cerveau. L’homme conserve son équilibre grâce aux innombrables stimuli qui proviennent de ses yeux, de ses muscles et de son appareil vestibulaire. Les yeux envoient continuellement au tronc cérébral des stimuli sensoriels qui le renseignent sur l’environnement externe. Des propriocepteurs, ou récepteurs de la sensibilité des muscles, canalisent vers le cerveau des données sur le type de surface que vous touchez ou sur laquelle vous marchez. Mais c’est votre appareil vestibulaire qui, tel un système de navigation interne, le renseigne sur la position de votre corps dans l’espace par rapport à la terre et à la pesanteur. L’appareil vestibulaire est constitué de cinq parties qui jouent un rôle dans l’équilibration : trois canaux semi-circulaires (les canaux supérieur, latéral et postérieur) et deux sacs (l’utricule et le saccule).
Les canaux semi-circulaires sont situés dans des plans orthogonaux : ils sont perpendiculaires les uns par rapport aux autres, comme les murs et le sol d’une pièce qui se rejoignent dans un coin. Ces canaux, ou passages, forment un labyrinthe caché dans l’os dur du crâne appelé temporal. Ce labyrinthe osseux en abrite un autre, membraneux. Chaque canal semi-circulaire membraneux se termine par un renflement, l’ampoule. L’endolymphe, un liquide spécial, occupe la cavité interne du labyrinthe membraneux. De l’autre côté de la membrane, il y a un autre liquide, la périlymphe, d’une composition chimique différente. On trouve dans le renflement du canal, l’ampoule, des cellules ciliées en forme de pinceaux implantées dans une masse gélatineuse, la cupule. Quand on bouge la tête, le mouvement du liquide endolymphatique est un peu plus lent que celui des canaux eux-mêmes, de sorte que le liquide courbe la cupule et ses pinceaux de cils. Le mouvement des pinceaux modifie les propriétés électriques de chaque cellule ciliée, ce qui envoie des messages au cerveau via les cellules nerveuses. Si les cellules ciliées, par l’intermédiaire des nerfs afférents, transmettent des messages au cerveau, l’inverse est également vrai : le cerveau, par les nerfs efférents, donne à chaque cellule ciliée toute donnée compensatrice nécessaire. Les canaux semi-circulaires détectent tout mouvement angulaire ou rotationnel de la tête : oscillement vers l’avant ou l’arrière, penchement latéral ou rotation vers la gauche ou la droite. L’utricule et le saccule, eux, détectent les accélérations linéaires ; ils sont sensibles à la pesanteur. Eux aussi abritent des cellules ciliées, dans ce que l’on appelle la macule. Le saccule transmettra au cerveau des renseignements qui induiront, par exemple, l’impression d’une accélération vers le haut si l’on est dans un ascenseur qui monte. C’est principalement l’utricule qui réagit lorsqu’on roule en voiture et qu’on accélère soudainement : les données qu’il transmet au cerveau créeront une sensation de projection vers l’avant ou l’arrière. Fort de ces renseignements et d’autres stimuli, le cerveau prend des décisions. Ainsi, il déterminera la façon dont les yeux et les membres bougeront en réaction au mouvement apparent. Ce système aide à conserver son orientation. La conception merveilleuse de l'appareil vestibulaire force l’admiration des chercheurs eux-mêmes. M. Hudspeth, professeur de biologie et de physiologie, a écrit dans la revue Pour la Science : “ [Les travaux futurs] renforceront probablement notre émerveillement envers la sensibilité et la complexité de ce dispositif biologique miniaturisé. ”
Un chef-d’œuvre Peut-être nos oreilles ne sont-elles pas les plus fines ni les plus sensibles qui soient, mais elles sont parfaitement adaptées à notre principal besoin: celui de communiquer. Elles sont conçues pour réagir particulièrement aux sons caractéristiques de la voix humaine. Les nouveau-nés ont besoin d’entendre la voix de leur mère pour se développer correctement (la triste expérience des enfants de Roumanie l'a malheureusement prouvé). En grandissant, ils ont également besoin d’entendre d’autres voix humaines pour apprendre à parler. Leurs oreilles leur permettent de saisir si précisément les subtiles inflexions propres à chaque langue qu’ils parleront la leur comme seul un autochtone peut le faire.
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