Influence de l'expertise musicale et linguistique sur le traitement des sons linguistiques et non-linguistiques, Influence of musical and linguistic expertise on linguistic and non-linguistic sounds processing

De
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Sous la direction de Mireille Besson
Thèse soutenue le 22 janvier 2010: Aix Marseille 2
Le but de ce travail est d’étudier l’influence de l’expertise (musicale ou linguistique) sur le traitement des sons linguistiques et non-linguistiques chez l’adulte sain. Plus précisément, il s’agit de cerner les effets de transfert d’apprentissage d’un domaine d'expertise vers un autre domaine afin de tester la spécificité des processus qui sous-tendent le traitement de la musique et du langage et de mieux comprendre les phénomènes de plasticité induits par l’expertise. Pour étudier ces questions, j’ai conduit plusieurs expériences, basées sur l’utilisation conjointe des méthodes issues de la psychologie expérimentale (Temps de Réaction et pourcentage d’erreurs) et de l’électrophysiologie chez l’homme (Potentiels Evoqués). En comparant des musiciens et des non-musiciens, j’ai d’abord testé les effets de transfert d’apprentissage de la musique sur le traitement du mètre et de la sémantique dans le langage (Expérience 1), ainsi que sur la phonologie et les variations de hauteur tonale (Expérience 2). Les résultats montrent que l'expertise musicale améliore la perception des aspects métriques du langage parlé et réduit les interférences liées au traitement sémantique. Ils soulignent également que l'expertise musicale améliore la discrimination de variations tonales et phonologiques dans une langue à tons inconnue des participants: le Mandarin. Dans une troisième étude j’ai testé l’hypothèse inverse, celle d’un transfert d’apprentissage du langage vers des sons non-linguistiques. Pour ce faire, j’ai comparé le traitement pré-attentif et attentif de variations de durée, de fréquence et d’intensité de sons non-linguistiques chez des locuteurs d’une langue à quantité, le Finnois, et chez des Français. Les résultats montrent que les participants Finlandais sont plus sensibles aux variations de durée de sons non-linguistiques que les participants Français. En incluant un groupe de sujets musiciens Français à cette étude, j’ai également pu comparer l’influence de l’expertise linguistique et de l’expertise musicale. Les résultats révèlent une influence similaire de ces deux types d’expertise sur le traitement des variations de durée. Enfin, les résultats de deux études visant à comparer les processus conceptuels/sémiotiques impliqués dans l’analyse de sons de l’environnement et de sons musicaux à ceux impliqués dans l’analyse de sons du langage, révèlent des similarités dans les corrélats électrophysiologiques (N400) associés aux différents types de sons. Deux interprétations complémentaires, reposant sur la mise en jeu d’effets « bottom-up » et « top-down », sont proposées pour rendre compte des effets de transfert d’apprentissage.
-Expertise médicale
-Sons linguistiques
-Expertise linguistique
-Potentiels évoqués
-Transfert d'apprentissage
-Sons non-linguistiques
The aim of this work is to study the influence of expertise (musical and linguistic) on the processing of linguistics and non-linguistics sounds in healthy adults. More precisely, the goal is to examine the transfer of training effects from one domain of expertise to another domain in order to test the specificity of the processes underlying music and language processing as well as the effects of plasticity induced by expertise. To address these questions, I conducted several experiments based on the use of methods from experimental psychology (Reaction Times and error rates) and from human electrophysiology (Evoked Potentials). By comparing musicians and non-musicians, I first tested transfer of training effects from music to meter and semantic processing in language (Experiment 1), and to phonology and pitch variations (Experiment 2). Results showed, first, that musical expertise improves metrical speech processing while reducing interferences with semantic processing. Second, they showed that musical expertise improves the discrimination of tonal and phonological variations in a tone language unknown to the participants, Mandarin. In a third study I tested the reverse hypothesis of transfer of training from language to the processing of nonlinguistics sounds. To this end, I compared the pre-attentive and attentive processing of duration, frequency and intensity changes in non-speech sounds by Finns, speakers of a quantity language, and by French. Results showed a positive transfer of training from the expertise of Finns to process phoneme duration in their native language to the processing of duration changes in non-speech sounds. I also compared the influence of linguistic and musical expertise by including a group of French musicians. Results revealed similar effects of linguistic and musical expertise on the processing of changes in duration. Finally, in two other studies, we compared the conceptual processes involved in the analysis of environmental sounds and musical sounds with those involved in the analysis of speech sounds, always considering the effects of musical expertise. Results revealed similarities in the electrophysiological correlates (N400) of semiotic processing for these different types of sounds. Two complementary interpretations, relying on bottom-up and top-down effects, are proposed to account for this set of results on transfer of training effects.
Source: http://www.theses.fr/2010AIX20656/document
Publié le : vendredi 28 octobre 2011
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UNIVERSITÉ DE LA MÉDITERRANÉE
FACULTE DE MÉDECINE DE MARSEILLE
THESE
En vue de l’obtention du grade de
DOCTEUR DE L’UNIVERSITÉ de la MÉDITERRANÉE
Formation doctorale : Neurosciences
Présentée et soutenue publiquement par
Céline MARIE
Le 22 Janvier 2010
Influence de l’expertise musicale et linguistique
sur le traitement des sons linguistiques
et non-linguistiques
Membres du jury
Dr. Sonja KOTZ, MPI, Leipzig, Allemagne. Rapporteur
Prof. Séverine SAMSON, Université Charles de Gaulle-Lille 3. Rapporteur
Dr. Minna HUOTILAINEN, Université d’Helsinki, Finlande. Examinateur
Dr. Bénédicte POULIN-CHARRONNAT, Université de Bourgogne, Dijon. Examinateur
Dr. Catherine LIEGEOIS-CHAUVEL, Université de la Méditerranée, Marseille. Examinateur
Dr. Mireille BESSON, INCM-CNRS, Marseille. Directeur UNIVERSITÉ DE LA MÉDITERRANÉE
FACULTE DE MÉDECINE DE MARSEILLE
THESE
En vue de l’obtention du grade de
DOCTEUR DE L’UNIVERSITÉ de la MÉDITERRANÉE
Formation doctorale : Neurosciences
Présentée et soutenue publiquement par
Céline MARIE
Le 22 Janvier 2010
Influence de l’expertise musicale et linguistique
sur le traitement des sons linguistiques
et non-linguistiques
Membres du jury
Dr. Sonja KOTZ, MPI, Leipzig, Allemagne. Rapporteur
Prof. Séverine SAMSON, Université Charles de Gaulle-Lille 3. Rapporteur
Dr. Minna HUOTILAINEN, Université d’Helsinki, Finlande. Examinateur
Dr. Bénédicte POULIN-CHARRONNAT, Université de Bourgogne, Dijon. Examinateur
Dr. Catherine LIEGEOIS-CHAUVEL, Université de la Méditerranée, Marseille. Examinateur
Dr. Mireille BESSON, INCM-CNRS, Marseille. Directeur
1RESUME
Le but de ce travail est d’étudier l’influence de l’expertise (musicale ou linguistique) sur le
traitement des sons linguistiques et non-linguistiques chez l’adulte sain. Plus précisément, il s’agit
de cerner les effets de transfert d’apprentissage d’un domaine d'expertise vers un autre domaine afin
de tester la spécificité des processus qui sous-tendent le traitement de la musique et du langage et de
mieux comprendre les phénomènes de plasticité induits par l’expertise. Pour étudier ces questions,
j’ai conduit plusieurs expériences, basées sur l’utilisation conjointe des méthodes issues de la
psychologie expérimentale (Temps de Réaction et pourcentage d’erreurs) et de l’électrophysiologie
chez l’homme (Potentiels Evoqués). En comparant des musiciens et des non-musiciens, j’ai d’abord
testé les effets de transfert d’apprentissage de la musique sur le traitement du mètre et de la
sémantique dans le langage (Expérience 1), ainsi que sur la phonologie et les variations de hauteur
tonale (Expérience 2). Les résultats montrent que l'expertise musicale améliore la perception des
aspects métriques du langage parlé et réduit les interférences liées au traitement sémantique. Ils
soulignent également que l'expertise musicale améliore la discrimination de variations tonales et
phonologiques dans une langue à tons inconnue des participants: le Mandarin. Dans une troisième
étude j’ai testé l’hypothèse inverse, celle d’un transfert d’apprentissage du langage vers des sons
non-linguistiques. Pour ce faire, j’ai comparé le traitement pré-attentif et attentif de variations de
durée, de fréquence et d’intensité de sons non-linguistiques chez des locuteurs d’une langue à
quantité, le Finnois, et chez des Français. Les résultats montrent que les participants Finlandais sont
plus sensibles aux variations de durée de sons non-linguistiques que les participants Français. En
incluant un groupe de sujets musiciens Français à cette étude, j’ai également pu comparer
l’influence de l’expertise linguistique et de l’expertise musicale. Les résultats révèlent une influence
similaire de ces deux types d’expertise sur le traitement des variations de durée. Enfin, les résultats
de deux études visant à comparer les processus conceptuels/sémiotiques impliqués dans l’analyse
de sons de l’environnement et de sons musicaux à ceux impliqués dans l’analyse de sons du
langage, révèlent des similarités dans les corrélats électrophysiologiques (N400) associés aux
différents types de sons. Deux interprétations complémentaires, reposant sur la mise en jeu d’effets
« bottom-up » et « top-down », sont proposées pour rendre compte des effets de transfert
d’apprentissage.
2ABSTRACT
The aim of this work is to study the influence of expertise (musical and linguistic) on the
processing of linguistics and non-linguistics sounds in healthy adults. More precisely, the goal is to
examine the transfer of training effects from one domain of expertise to another domain in order to
test the specificity of the processes underlying music and language processing as well as the effects
of plasticity induced by expertise. To address these questions, I conducted several experiments
based on the use of methods from experimental psychology (Reaction Times and error rates) and
from human electrophysiology (Evoked Potentials). By comparing musicians and non-musicians, I
first tested transfer of training effects from music to meter and semantic processing in language
(Experiment 1), and to phonology and pitch variations (Experiment 2). Results showed, first, that
musical expertise improves metrical speech processing while reducing interferences with semantic
processing. Second, they showed that musical expertise improves the discrimination of tonal and
phonological variations in a tone language unknown to the participants, Mandarin. In a third study I
tested the reverse hypothesis of transfer of training from language to the processing of non-
linguistics sounds. To this end, I compared the pre-attentive and attentive processing of duration,
frequency and intensity changes in non-speech sounds by Finns, speakers of a quantity language,
and by French. Results showed a positive transfer of training from the expertise of Finns to process
phoneme duration in their native language to the processing of duration changes in non-speech
sounds. I also compared the influence of linguistic and musical expertise by including a group of
French musicians. Results revealed similar effects of linguistic and musical expertise on the
processing of changes in duration. Finally, in two other studies, we compared the conceptual
processes involved in the analysis of environmental sounds and musical sounds with those involved
in the analysis of speech sounds, always considering the effects of musical expertise. Results
revealed similarities in the electrophysiological correlates (N400) of semiotic processing for these
different types of sounds. Two complementary interpretations, relying on bottom-up and top-down
effects, are proposed to account for this set of results on transfer of training effects.
3REMERCIEMENTS
Mes premiers reMERCIEments vont à Mireille Besson, ma directrice. Sa confiance et ses
encouragements sans failles m'ont toujours soutenu dans la réalisation de ce travail. Sa motivation
communicative et son énergie époustouflante ont largement contribué à ce que ces années de thèse
passent à une vitesse folle et se concrétisent en ce manuscrit. Je la remercie pour m'avoir aidé à
surmonter mes doutes...
Je reMERCIE les membres de mon jury de thèse qui ont accepté de lire ce travail et de
l’évaluer, ainsi que tous les participants musiciens, non-musiciens, Français, Finnois et Thaïlandais
qui ont accepté de porter ce fameux «bonnet de bain à électrodes».
Mes amis ont beaucoup contribué à ce que je conserve ma « forme », physique et
psychologique. Ils étaient là pour me faire rire et me soutenir dans les moments difficiles.
A Marseille, MERCI à Clémence, Lilou, Julie et Clément qui sont mes complices de vie, ils
égayent chaque jour mon quotidien et constituent ma première protection antimorosité. Il me sera
très difficile de devoir m'éloigner de Marseille sans les emmener dans mes bagages... MERCI
également à Juliette, Marie, Romain, Taktak & Sandrine, Mathieu, Tanguy, Mika, Ben, tonton Seb et
les Skaputes, pour tous ces bons moments passés ensemble et ces nombreuses soirées aux quatre
coins de la ville.
A Avignon, MERCI à Pelu & Dory, Maud & Yo, Sandy & Nara, TomTom, Ptit Nico & Peggy,
Oriane, Grand Nico, Léo & Pam, Yanni & Julia, Jé & Maï, Chico... bref, aux Pirfù qui constituent
ma famille de cœur et de musique depuis de nombreuses années. Pendant ces 5 années que j’ai
passées à Marseille, les bébés ont fleuri dans cette grande famille, alors je les remercie eux aussi
pour avoir contribué à créer encore plus de bonheur: Zoé, Maëlle ma filleule et sa sœur Sofia,
Anouk, Lilou, Tilio, et ceux, en préparation, qui n'ont pas encore pointé leur petit bout de nez!
Toujours à Avignon, MERCI à Laurent pour avoir accepté de partager ces bons moments de
concerts, expos, spectacles et performances à l’Akwaba et pour avoir accompagné mes premiers
pas dans cette thèse. MERCI à Marion, Romain et Charlène pour ces regroupements rythmés,
inoubliables, et à Alicia.
Un grand MERCI à tous les membres de l'équipe L2M, présents ou passés, pour avoir créé
une ambiance de travail si conviviale, confortable et amicale, et pour toutes ces discussions
enrichissantes en réunion d'équipe et pendant les retraites : Mitsuko Aramaki, Daniele Schön, Jean-
luc Velay, Marieke Longcamp, Aurélie Lagarrigue, Jean Vion-Dury, Michel Cermolacce, Jean-
Arthur Micoulaud, Aline Frey, Wiebke Trost, Jérome Daltrozzo, Dee Bolberg, Chizuru Deguchi,
Vera Tsogli, Michel Habbib.
Je reMERCIE également Solvy Ystad et Richard Kronland-Martinet pour leurs conseils
précieux en acoustique, ainsi que tous les membres de l’INCM, étudiants, chercheurs et personnels
administratifs, qui travaillent ou ont travaillé dans le labo et qui ont contribué de près ou de loin,
de par leurs compétences ou leur bonne humeur, à l'aboutissement de ce travail.
MERCI et à Teija Kujala et Lilli Kimppa pour m’avoir reçu si chaleureusement au CBRU,
en Finlande et aidée lorsque j’en ai eu besoin...
Enfin, une « dédicace » particulière à mes très chers colocataires de bureau Clément
François et Julie Chobert qui ont pris une place très importante dans ma vie, au laboratoire et à
l’extérieur ! MERCI à vous deux pour mille choses que je ne pourrais malheureusement pas
ière
détailler ici, mais qui justifient la chance que j’ai eue d’avoir fait votre connaissance dès ma 1
année de thèse.
Ma famille, mes chers parents, ma très chère sœur et TofTof sont les derniers que je
remercie, mais ils savent à quel point leur présence a tellement compté pendant ces années de thèse.
MERCI, MERCI et encore MERCI d’avoir été là !
Pour Papé Coco et à Titou.
4SOMMAIRE
PARTIE 1: PROBLEMATIQUE et CADRE THEORIQUE........ 9
Problématique......................................................................................................... 10
Chapitre I. Présentation de la modalité auditive et de la physiologie de
l’audition.................................................................................................................. 15
A. Le système auditif périphérique ............................................................................................... 15
1) L’oreille externe
2) L’oreille moyenne
3) L’oreille interne
a. La cochlée
b. La tonotopie
c. L’organe de Corti
B. Le système auditif central.......................................................................................................... 19
1) Le croisement des voies auditives
2) Les voies auditives descendantes /efférentes
3) Quelques rappels
Chapitre II. Les méthodes d’imagerie cérébrale........................................... 23
A. Les méthodes électromagnétiques ........................................................................................... 23
1) Les Potentiels Evoqués (PEs)
2) La Magnétoencéphalographie (MEG)
B. Les méthodes métaboliques ...................................................................................................... 30
1) La Tomographie par Emission de Positrons (TEP)
2) L’Imagerie par Résonance Magnétique anatomique (IRM) et fonctionnelle (IRMf)
Chapitre III. Influence de l’expertise musicale sur le traitement des
sons............................................................................................................................ 35
A. Expertise musicale et plasticité cérébrale ............................................................................... 35
5B. Traitement des paramètres acoustiques de sons purs ou harmoniques présentés de manière
isolée.................................................................................................................................................. 38
1) Traitement préattentif
2) Traitement attentif
C. Traitement des paramètres acoustiques des sons dans un contexte musical......................... 44
1) Traitement préattentif de la musique
2) Traitement attentif de la musique
Chapitre IV. Influence de l’expertise musicale sur le traitement des sons
linguistiques : transfert d’apprentissage......................................................... 52
A. Bases structurales du langage parlé ........................................................................................ 52
1) La phonologie et la prosodie
2) La sémantique
3) Le rôle des indices prosodiques dans les langues à tons et à quantité
a. Les langues à tons
b. Les langues à quantité
B. Hypothèse d’un transfert d’apprentissage entre musique et langage .................................. 56
C. Transfert d’apprentissage de la musique vers le langage ...................................................... 60
1) Influence de l’expertise musicale sur le traitement de mots isolés
a. Traitement préattentif
b. Traitement attentif
2) Influence de l’expertise musicale sur le traitement de mots dans le contexte d’une phrase
Chapitre V. Influence de la langue maternelle sur le traitement des sons
linguistiques et non-linguistiques..................................................................... 68
A. Influence de la langue maternelle sur le traitement des sons linguistiques ......................... 68
1) Traitement préattentif
2) Traitement attentif
B. Influence de la langue maternelle sur le traitement des sons non-linguistiques................... 73
1) Sons purs ou harmoniques présentés de manière isolée: traitements préattentif et attentif
2) Influence de la langue maternelle sur la création musicale.
6PARTIE 2: LA METHODE DES POTENTIELS EVOQUES.... 77
I. Historique de l'EEG ........................................................................................ 78
II. Principes physiques ........................................................................................ 78
III. Matériel utilisé et techniques d’enregistrement..................................... 80
A. Electrodes : système 10/20 ........................................................................................................ 80
B. Le système d’enregistrement .................................................................................................... 81
1) Casque à électrodes / électrodes actives
2) La référence
IV. Traitement des données................................................................................. 82
A. Filtrage des données /rejet des artefacts .................................................................................. 82
B. Moyennage .................................................................................................................................. 83
V. Les avantages et les inconvénients de la méthode des PEs ................. 84
A. Avantages ..... 85
B. Inconvénients et Perspectives ................................................................................................... 85
PARTIE 3: LES EXPERIENCES REALISEES ............................... 87
Expérience I. Le traitement du mètre et de la sémantique dans le langage parlé: comparaison
entre musiciens et non-musiciens. Céline Marie, Cyrille Magne & Mireille Besson (Accepté dans
« Journal of Cognitive Neuroscience », 2 Décembre 2009) ................................................... 88
Expérience II. Influence de l’expertise musicale sur le traitement de la hauteur tonale et de la
phonologie d’une langue étrangère à tons. Céline Marie, Franco Delogu, Giulia Lampis,
Marta Olivetti Belardinelli & Mireille Besson (En révision pour le « Journal of Cognitive
Neuroscience ») ............................................................................................................. 92
7Expérience III. L'expertise musicale et linguistique influence le traitement des sons non-
linguistiques. Céline Marie, Teija Kujala & Mireille Besson (Soumis). ................................... 96
Expérience IV. Catégorisation et amorçage conceptuel de sons non-linguistiques et
linguistiques. Mitsuko Aramaki, Céline Marie, Richard Kronland-Martinet, Solvy Ystad & Mireille
Besson. (Sous-presse « Journal of Cognitive Neuroscience »).............................................. 103
Expérience V. Les unités sémiotiques temporelles sont-elles des unités qui véhiculent du sens
en musique ? Approche électrophysiologique. Aline Frey, Céline Marie, Lucie Prod’Homme,
Martine Timsit-Berthier, Daniele Schön & Mireille Besson (2009). Music Perception, Volume 26,
Issue 3, pp. 247–256. .................................................................................................... 108
PARTIE 4: DISCUSSION GENERALE............................................. 112
I. Comment expliquer les processus de transfert d’apprentissage ......... 122
II. Perspectives de recherches.......................................................................... 124
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES .......................................... 130
ANNEXES ........................................................................................................ 153
1. Bases structurales de la musique ................................................................................ 154
2. Curriculum vitae ..................................................................................................... 156
8Première Partie
PROBLEMATIQUE
et
CADRE THEORIQUE
« Ce que je vois et ce que j’entends du monde extérieur, c’est simplement ce que mes sens en
extraient pour éclairer ma conduite »
Bergson (1900).
9

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