Le point sur les illusions auditives

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En mai 2018, un fichier audio d’une seconde seulement enflammait la toile. Il pouvait être interprété par certains comme « Laurel », par d’autres comme « Yanni ». Une illusion sonore parmi beaucoup d’autres, largement méconnues du grand public par rapport à de célèbres illusions visuelles. Un exemple récent, celui de cette robe, perçue blanche par certains, bleue par d’autres, et qui avait suscité de nombreux débats et interprétations sur les réseaux sociaux et dans les médias début 2015. Pour l’illusion « Laurel » versus « Yanni », « les deux sons étaient bien présents dans le fichier », explique Daniel Pressnitzer, chercheur au laboratoire des systèmes perceptifs de l’ENS à Paris, qui l’a décortiqué avec des outils numériques. « Quand on filtre les fréquences contenues dans le fichier, l’une ou l’autre des alternatives devient clairement audible ». Cette illusion est un exemple du « paradoxe du triton », créé avec des notes de musique qui contiennent à la fois une fréquence haute et une fréquence basse. Le cerveau de chaque auditeur montre alors une préférence pour l’une ou l’autre.

D’autres types d’illusions auditives ont été répertoriés. La « gamme de Shepard », du nom d’un psychologue cognitiviste, est ainsi constituée d’ondes sinusoïdales jouées les unes au-dessus des autres de manière ascendante. L’une baisse soudain d’une octave alors que les autres continuent de monter. Le cerveau ne perçoit pas cette « chute » et la mélodie semble donc monter… à l’infini, ce qui est physiquement impossible. « L’effet tunnel » ou « Vicario » a lui été décrit par le psychologue américain Richard M Warren. En enregistrant un discours et en remplaçant dans celui-ci une syllabe par le bruit de quelqu’un qui tousse, il a remarqué que personne n’était capable de détecter qu’un bout de discours manquait ou d’identifier la syllabe concernée.

Une richesse pour la composition musicale

Ces illusions ont été mises à profit dans la musique. Les compositeurs et les interprètes les utilisent pour surprendre l’auditeur. Des sons distincts peuvent ainsi être attribués par le cerveau à une même source au cours du temps. Si la différence entre deux fréquences est faible, ce stimulus est perçu comme provenant d’une source unique. Par contre, si la différence est plus grande, le cerveau analyse la scène comme provenant de deux sources distinctes. Cette illusion est nommée « polyphonie virtuelle » en musique. Contrairement à l’harmonie de l’orchestre, qui entend produire l’illusion que tous les instruments ne forment qu’un tout, avec cette polyphonie virtuelle, un seul instrument devient capable de nous faire croire à plusieurs instruments jouant en parallèle.

Le maître de cette technique est incontestablement Johann Sebastian Bach dans ses œuvres pour instruments solistes, partitas pour violon ou suites pour violoncelle. Maurice Ravel a également composé un « Concerto pour la main gauche », pour le pianiste virtuose Paul Wittgenstein qui avait perdu sa main droite pendant la Première Guerre mondiale, recréant de manière illusoire cette main absente. Plus récemment, le compositeur Jean-Claude Risset a poussé cette exploration à l’extrême. « Toute sa musique est composée d’une synthèse par ordinateur de sons ‘inouïs’ », note le chercheur Daniel Pressnitzer. Dans son œuvre « Little Boy », une gamme de Shepard recrée une chute perpétuelle, symbole du largage de la bombe atomique.

Un outil précieux pour la psychologie expérimentale

Si les musiciens se passionnent pour ces illusions, qui rendent chaque écoute unique, les scientifiques eux aussi s’y intéressent vivement. Et pour cause, elles constituent des outils de choix pour répondre à une question cruciale pour les spécialistes de l’audition : comment le cerveau décrypte-t-il les différentes sources sonores en présence dans notre environnement ? Le cerveau utilise pour cela une série d’« indices », comme le mouvement des tympans mais aussi le contexte, nos connaissances du monde physique, voire des données provenant d’autres sens. L’effet dit « McGurk » montre par exemple que ce que l’on entend est conditionné par ce que l’on voit, des mouvements de lèvres par exemple. Le cerveau procède ainsi à des « inférences », des paris, sur ce qui lui semble le plus pertinent.

Les illusions sonores sont à ce titre un outil pour comprendre comment marche notre perception de manière générale. « Les illusions sont traitées dans les systèmes auditifs et visuels comme tous les autres signaux moins ambigus. C’est logique puisque, d’une certaine façon, chaque signal possède une part d’ambiguïté. L’étude en laboratoire des illusions sonores nous apprend que le traitement de l’ambiguïté peut se faire à tous les niveaux du système auditif. Les cortex pariétal ou préfrontal, lieux de la prise de décision, peuvent être impliqués en particulier », détaille Daniel Pressnitzer.

Des mécanismes similaires à ceux des illusions visuelles

Jean-Michel Hupé de l’Université de Toulouse, spécialisé dans la vision, et Daniel Pressnitzer ont comparé en 2006 des sons volontairement ambigus (comme « farewell » répété en boucle, pouvant aussi être entendu comme « welfare ») à une illusion similaire du domaine de la vision (par exemple la fameuse illusion du canard-lapin). Dans l’un et l’autre cas, alors que le stimulus ne change pas, la perception consciente alterne aléatoirement au cours du temps, c’est ce qu’on appelle une « perception bistable ». « Le fait d’avoir accès ou non à cette perception bistable dépend probablement du lieu de traitement de l’information. Plus le traitement est de haut niveau, cortical, plus les sujets peuvent avoir une perception consciente, volontaire, des deux alternatives », explique Daniel Pressnitzer.

Dans le détail, les mécanismes sont assez similaires entre vision et audition. Le fonctionnement des neurones est très dépendant de leur communication entre eux, qui se fait grâce à la libération de molécules appelées « neurotransmetteurs » à leurs points de contact, les « synapses ». « La bascule entre les deux interprétations est sans doute due à des modifications de poids synaptiques de certaines connexions neuronales », précise Jean-Michel Hupé. « Dans une expérience d’IRM, nous avons pu voir que lors de phénomènes de perception bistable, la vitesse de bascule est d’autant plus lente que les neurones libèrent des neurotransmetteurs de l’inhibition », ajoute Daniel Pressnitzer.

Les illusions, de la connaissance du monde à la pathologie

En général, dans les scènes sonores naturelles, les indices disponibles sont suffisants et assez concordants pour résoudre une ambiguïté sans erreur. Par exemple, pour suivre une conversation dans un bar très bruyant : on ne peut pas entendre tous les mots, mais on comprend les phrases et dans le même temps, on entend que le voisin parle, que tel bruit vient de la cuisine… On décrypte la scène sonore, tout en analysant correctement ce que l’on nous dit, et tout ceci sans même s’en rendre compte. Les illusions auditives, plus ambiguës qu’une situation classique, font elles appel à notre connaissance de ce qui serait le plus « probable ». « Notre capacité à résoudre l’ambiguïté reflète notre connaissance des lois physiques. Ce sont des mécanismes puissants, rapides et pour partie incontrôlables », estime Daniel Pressnitzer. Pour autant, pouvoir alterner entre plusieurs perceptions reste intéressant face à des stimuli dégradés à cause du risque possible d’erreur.

Une hypothèse est, qu’étant liée à la mémoire, cette capacité à résoudre l’ambiguïté en fonction de ses expériences passées augmenterait avec l’expérience, rendant les adultes plus sujets aux illusions que les jeunes enfants, moins sujets à des biais d’interprétation. « Ces effets peuvent même être exacerbés par des pathologies : il a été décrit que chez des sujets schizophrènes, le poids accordé à la mémoire est excessif et amène les personnes à être bien plus sujettes aux illusions », note le spécialiste.

Qu’en est-il avec le grand âge, qui s’accompagne souvent d’une perte auditive ? L’une des conséquences premières d’une perte auditive se manifeste par la difficulté à suivre une conversation dans un environnement bruyant, donc à discriminer le son entre plusieurs sources et à résoudre correctement les ambiguïtés sonores. « Des fréquences sont aussi perdues. Le sujet compense souvent en leur accordant un poids trop important, ce qui crée un déséquilibre de compréhension… ce qui est en soi une illusion auditive », propose le chercheur. Pour autant, la question de la cause d’une plus grande sensibilité aux illusions auditives chez les personnes âgées est difficile à trancher entre défaut périphérique de perception et d’encodage ou déficit des capacités d’analyse auditive dans le cerveau. En tout état de cause, le développement d’aides auditives permet un retour des capacités correctes de discrimination et d’attribution des sons.

Dans le domaine des aides auditives aussi, le monde des illusions auditives pourrait s’avérer riche d’informations. Dans un article de 2017, l’équipe du laboratoire de l’ENS a en effet décrypté les mécanismes qui expliquent que ce que nous entendons est conditionné par le contexte, en particulier les notes passées dans une mélodie. « Nous établissons des liens inconscients entre les sons. Dans le monde de la technologie des prothèses auditives, l’intelligence artificielle pourrait permettre de prendre en compte cette « empreinte » et d’améliorer la résistance au bruit des prothèses auditives par le traitement d’informations du contexte », conclut le chercheur.