Notre sens du logarithme

1,2,3 nous irons au bois
C'est réconfortant de pouvoir égrener les quantités les unes après les autres avec la régularité d'un métronome. Qu'il s'agisse du nombre de champignons que l'on cueille, des kilos de châtaignes que l'on ramasse ou des kilomètres que l'on parcourt, on a toujours à disposition une échelle de mesure très simple, dont les barreaux sont tous espacés d'un même intervalle. On s'est souvent battu historiquement pour imposer son unité plutôt que celle du voisin, mais quel que soit l'étalon de mesure -mètre, toise ou pied et leurs dérivés- tout le monde l'a toujours utilisé de la même manière. Pour jauger une dimension, on compte simplement le nombre d'unités-étalons que l'objet à mesurer peut contenir. Quoi de plus plus naturel en somme que cette manière "linéaire" de mesurer le monde qui nous entoure en additionnant des unités-étalons? Et pourtant...

Do, ré, mi, cueillir des cerises
Si vous jouez une corde de guitare en la plaquant en son milieu, cette moitié de corde donne la même note -décalée d'une octave- que si vous grattez la corde entière à vide. Et si vous divisez encore par deux sa longueur, vous décalez le son encore d'une octave. La hauteur des notes se décale donc d'un intervalle constant (une octave) chaque fois qu'on divise la longueur de la corde par deux: pas très cohérent avec ce qu'on vient de raconter sur les mesures-étalons qui s'additionnent...

On peut voir les choses d'une autre manière. Un Do et un Ré consécutifs nous semblent séparés par le même intervalle de hauteur (ce qu'on appelle un ton) quel que soit l'octave dans laquelle ils sont joués. Pourtant si l'on mesure leurs fréquences, on s'aperçoit que l'intervalle qui les sépare n'est pas du tout constant: il double à chaque octave (données tirées du site ordiecole.com):

NOTE

Octave 1

Octave 2

Octave 3

Octave 4

Fréquence du Do	65Hz	131Hz	262Hz	523Hz
Fréquence du Ré	73Hz	147Hz	294Hz	587Hz
Différence entre le Do et le Ré	8Hz	16Hz	32Hz	64Hz

Bien que toutes séparées d'un ton, les notes de la gamme tonale (Do, Ré, Mi, Fa#, Sol# et La#) ne forment pas une échelle aux barreaux régulièrement espacés, mais une échelle bizarre dont les barreaux s'écartent de plus en plus à mesure qu'on monte en hauteur.



L'octave étant divisé en douze demi-tons, pour passer d'une note au demi-ton suivant, il faut multiplier la fréquence de la note par la racine douzième de 2 (environ 1.0595). Au douzième demi-ton, on a multiplié la fréquence par deux et nous voilà revenu à la note initiale, une octave plus haut. Autrement dit, nous sommes sensibles non pas à la différence absolue entre les fréquences de deux notes de musique, mais à leur rapport. En maths, la fonction qui convertit un rapport de deux nombres en une différence s'appelle un logarithme (noté Log avec Log(a/b)=Log(a)-Log(b) ). Notre perception musicale est donc logarithmique!

Pour savoir à quelle fonction logarithmique on a affaire, il suffit de connaître le rapport qui augmente le logarithme d'une unité.
Dans le cas de la musique, l'octave correspond à un doublement de fréquence. Notre échelle de perception musicale suit donc un logarithme en base 2. Regardez, ça marche:

NOTE

Octave 1

Octave 2

Octave 3

Octave 4

Fréquence du Do	65Hz	131Hz	262Hz	523Hz
Log2(fréquence)	6,0	7,0	8.0	9.0

boum, boum,BOUM dans mon panier neuf
Notre oreille est sensible de la même manière à l'intensité des bruits. Dans une chorale, on perçoit la même augmentation de volume sonore quand on passe de cinq à dix chanteurs que quand on passe de dix à vingt, ou de vingt à quarante chanteurs. C'est la raison pour laquelle la mesure du niveau sonore suit elle aussi une échelle logarithmique (les décibels, ou dB). La puissance acoustique de la source (qui correspond en gros au nombre de chanteurs dans la chorale) s'exprime en Watts:

Puissance (W)	Niveau dB	Exemple
100 000 000	200	Fusée Saturn V Gros porteur quadriréacteurs
1 000 000	180
10 000	160
100	140	Grand orchestre
1	120	Marteau piqueur
0.01	100	Cri
0.000 1	80
0.000 001	60	Conversation

(source: Wikipedia)

10,11,12 elles seront toutes rouges
Notre ouïe n'est pas le seul sens rebelle à la simplicité de l'échelle arithmétique, loin s'en faut. La loi de Weber-Fechner découverte à la fin du XIX^e (et sa version raffinée sous le nom de Loi de Steven) veut que "toute sensation varie comme le logarithme de l'excitation". Ce qui exprime simplement par le fait que l'on peut facilement faire la différence entre un poids de 100g et un poids de 200g, mais qu'il est très difficile de différencier 100kg et 100,1kg. En d'autres termes, notre échelle de sensation de poids est calée sur l'accroissement relatif d'un stimulus (ici un poids) et non pas sur sa variation absolue.

Ce principe général a été vérifié dans quantité de domaines. La sensibilité de notre œil varie par exemple avec le logarithme de la luminosité. C'est la raison pour laquelle, depuis l'Antiquité, on mesure la luminosité des étoiles sur une échelle logarithmique. Celle d'Hipparque allait de 1 (la plus lumineuse) à 6 (la moins lumineuse), cinq unités correspondant à une diminution d'un facteur 100 de la luminosité.
Nos yeux ne sont sensibles qu'au rapport entre ombres et lumière. Et heureusement! Car les rapports de luminosité d'une image ne dépendent pas trop des conditions de luminosité dans lesquelles on la regarde. Si notre perception des contrastes provenait des différences absolues de luminosité, nos impressions visuelles seraient chamboulées chaque fois que l'on modifie légèrement les conditions de luminosité. Un truc à devenir dingue...

13,14,15 nous n'en renverserons pas
Notre sensibilité aux tremblements de Terre suit également une loi logarithmique: dans la fameuse échelle de Richter un accroissement d'une unité de magnitude correspond à une multiplication par 30 de l'énergie du séisme et par 10 de l'amplitude de son mouvement. Idem pour la sensibilité à la pression subie ou à la sensation de vitesse. Voilà ce que donnerait le diagramme des perceptions physiques (en ordonnées avec une échelle logarithmique de 1 à 100) en fonction des stimulus physiques (en abscisses sur une échelle logarithmique de 10 à 10⁷):

(source: ici)

Il n'y a guère que notre perception de la souffrance qui ne suive pas très bien cette loi logarithmique, au grand dam de Jack Bauer! Quand il se fait torturer par d'affreux méchants, sa douleur augmente quasi proportionnellement aux sévices qu'on lui inflige.

On peut même se demander si notre perception des durées ne correspond pas elle aussi à une échelle logarithmique -ce qui expliquerait pourquoi on a le sentiment que le temps présent s'écoule plus vite que dans le passé et que jamais le temps ne s'est écoulé aussi vite qu'en ce moment.

Pour en revenir aux nombres
Après tout ça, on n'est pas trop surpris d'apprendre que notre sens "naturel" des nombres suit lui aussi une loi logarithmique, comme on l'a déjà raconté dans ce billet. Si l'on demande à des indiens amazoniens Mundurucus -qui n'ont pas développé de système arithmétique- de déterminer quelle est la quantité intermédiaire entre un objet et 9 objets, ils choisissent la quantité...3.
La réponse tombe maintenant sous le sens: 1 x 3 = 3 et 3 x 3 = 9. 3 est donc la moyenne géométrique entre 1 et 9. Autrement dit, Log(3)=[Log(9)+Log(1)]/2

Il semble bien que les enfants naissent naturellement dotés du même système logarithmique pour appréhender les quantités. Ils sont sensibles aux proportions des nombres et non pas à leur différence. Le système arithmétique qui met au même niveau la différence entre 1 et 2 que la différence entre 21 et 22 est donc très contre-intuitif. Pas étonnant qu'ils mettent du temps à savoir compter: il leur faut d'abord désapprendre à compter logarithmiquement. Peut-être qu'on devrait commencer par leur apprendre la multiplication?

Une histoire d'échelles en perspective
L'échelle arithmétique linéaire qui nous semblait si naturelle s'avère finalement être une construction très artificielle. Les échelles logarithmiques sur lesquelles nos sens sont réglés nous rendent davantage sensibles aux proportions qu'aux différences absolues entre les grandeurs physiques. Regardez le diagramme ci-dessus: la représentation logarithmique est certes moins précise à grande échelle, mais en contrepartie elle nous permet d'appréhender par la pensée un spectre de dimensions bien plus étendu qu'une échelle arithmétique.
Pas besoin de diagramme pour comprendre pourquoi: imaginez une échelle immense. Pas une échelle imaginaire, une vraie échelle avec des barreaux en bois ou en métal. Si vous la regardez bien en face, de sorte que tous les barreaux soient équidistants, vous avez devant vous une échelle arithmétique classique. Et vous remarquez que votre champ de vision n'embrasse qu'un tout petit morceau de l'échelle.

(source Flickr)

Pour pouvoir visualiser toute la longueur de l'échelle, il faut la regarder d'en bas:

(source: glitchbucket.com)

Plus les barreaux sont loin, plus ils semblent rapprochés: grâce à la perspective, notre échelle est physiquement devenue une "échelle logarithmique" qui nous permet de voir beaucoup plus loin. Le logarithme n'est finalement que le nom mathématique donné à la perspective, qui met tous les ordres de grandeur à notre portée, de l'infiniment petit à l'infiniment grand.

Sources:
Le site de l'Université d'Uppsala.
L'article de Wikipedia (plus complet en anglais qu'en français).

Billets connexes:
Les neurones des nombres qui détaille notre sens inné des quantités.

Ah! Rats qui rient...

Le rire, propre de l'homme? On a connu Aristote plus inspiré, depuis les drôles de découvertes qu'a faites Jaak Panksepp dans son laboratoire du Washington State University.

Que se rat-content-ils quand ils jouent?
Ça faisait un petit moment que ce spécialiste de l'émotion animale étudiait le comportement des jeunes rats quand ils jouent ensemble se coursant et se renversant à qui mieux-mieux. Ces jeux sont toujours très silencieux et pourtant il avait remarqué un truc étrange: les rats atteints de surdité jouent nettement moins que les autres, ce qui suggère que le jeu implique quand même une forme de communication vocale.
Un des chercheurs du labo eut alors l'idée d'écouter les rats en train de jouer avec un appareil détectant les ultrasons. Bingo! Les rats émettent effectivement plein de petits cris ultrasoniques!
Des cris très différents selon qu'ils jouent (50KHz) ou qu'ils se battent (20KHz). Mais à quoi correspondent ces petits cris? Comment savoir si ce sont des couinements de bonheur, des cris d'excitation ou des invitations au sexe? Toutes les spéculations semblaient possibles jusqu'au jour où Panksepp arriva au labo avec une drôle d'idée: il prend un de ses jeunes collaborateurs par le bras et l'emmène... chatouiller un rat. Il le retourne sur le dos (le rat, pas l'étudiant) et lui fait des guilis partout sur le ventre (berk, je sais). Énorme surprise! Dans le haut-parleur restituant les ultra-sons, le rat couine exactement comme lorsqu'il joue avec ses copains, mais de manière plus intense et plus constante:


Les deux chercheurs recommencent avec un deuxième rat, puis un troisième: à chaque fois, la bestiole chicote (c'est le cri de la souris, mais est-ce celui du rat?) comme une folle dès qu'on la chatouille. Et elle aime ça, manifestement: dès que la main s'arrête de la taquiner, le rat court l'attraper et la mordiller, l'appelant manifestement à recommencer une petite séance de chatouillis. Regardez plutôt:



Ils rat-follent des chatouilles!
Les petits couinements suraigus et sporadiques des rats seraient-ils l'équivalent de nos éclats de rire? Évidemment ce genre de spéculation anthropomorphique a eu (et a toujours) du mal à passer dans le milieu de la recherche. Mais peu à peu, l'idée fait son chemin car les réactions des rats aux chatouilles sont particulièrement similaires aux nôtres:
- certaines parties du corps sont beaucoup plus chatouilleuses que d'autres (mais je n'ai pas réussi à déterminer s'il s'agit aussi chez eux des plantes de pieds et des aisselles);
- les rats aiment d'autant plus les "chatouilles" qu'ils sont jeunes;
- un rat stressé (par une odeur de chat par exemple) est moins enclin à se faire chatouiller;
- les chatouilles sont perçues comme une récompense que le rat va chercher activement;
- les rats chicotent dès que la main qui les a caressés s'approchent d'eux, exactement comme un enfant rigole dès qu'il sait qu'on va le chatouiller.

Le même phénomène a été découvert chez d'autres animaux, à commencer par les chimpanzés, dont les rires ressemblent à des halètements:



Avez-vous remarqué comme ces trois "rires" (avec des guillemets, pour les sceptiques) se ressemblent?
- même rythme syncopé (écoutez le mixage de rires de bébé et de rat):

- des vocalisations très différentes de la normale (cris aigus chez l'homme, ultra-sons plus élevés chez le rat, halètements sans bruit de gorge chez les chimpanzés);
- mêmes situations propices: le jeu, les chatouilles;
- même contagiosité sociale.

Culturel le rire? Rat-é...
Ces similitudes suggèreraient-elles que notre rire serait une réaction héritée d'un lointain ancêtre commun aux hommes et aux chimpanzés, voire commun aux souris? Il paraît que même les chiens rient (leur halètement lorsqu'ils sont excités seraient leur "ha! ha! ha!"). L'idée est dure à admettre tant on associe naturellement le rire à une situation comique, c'est à dire un truc 100% culturel. Pourtant quel drôle de phénomène "culturel" quand même! Le rire est le mode de communication le plus universel qui soit: tous les hommes rient et ils rient toujours de la même façon, même si ce n'est pas forcément pour les mêmes raisons. Et encore... Quand on y réfléchit, tous les enfants rient quand ils jouent. Pas besoin d'humour pour rire pendant une course-poursuite ou une partie de cache-cache. Ce rire-là est simplement le signe d'une légère surexcitation très plaisante, comme pour les rats qui se culbutent. Et chez les adultes? Le neurologue Robert Provine, qui a étudié le rôle social du rire, a mené une immense enquête pour savoir de quoi l'on rit quand on est adulte: il a constaté que dans l'immense majorité des cas, on rit non pas parce qu'il y a quelque chose de drôle, mais parce qu'on est dans une situation de socialité agréable, ou qu'on cherche à détendre l'atmosphère.

Pour nous comme pour les rats, le rire semble donc être d'abord un "signal social", indiquant aux autres une bonne disposition à leur égard et une envie d'interagir. Quand un rat couine à 50Hz, c'est une manière pour lui de dire à son pote "Je te renverse, mais c'est pas méchant, hein! Juste pour jouer!". Grâce à sa contagiosité, le rire désamorce l'agressivité de l'autre et autorise des jeux physiques parfois assez violents entre les jeunes rats. Ces contacts intimes et ce rire partagé contribuent à créer un lien social fort, qui explique par exemple que les jeunes rats préfèrent rester au contact des adultes les plus rieurs. Finalement le rire est une forme naturelle de manipulation mentale!

L'homme a apprivoisé ce drôle d'instrument social en raffinant son usage. Rire quand on est gêné ou destabilisé est une manière de dédramatiser une situation et d'éviter la confrontation. Le rire est aussi l'arme principal de la séduction, que ce soit pour conquérir la créature de ses rêves ou pour conforter l'adhésion de ses collègues. Mais le rire a aussi un usage collectif: son effet boule de neige plaisir-contagion-plaisir- renforce la cohésion d'un groupe au point qu'on pourrait presque définir son groupe d'appartenance par l'ensemble des personnes avec qui l'on rit. Et la cohésion d'un groupe pourrait tout aussi bien se mesurer à sa capacité à rire spécifiquement des mêmes choses.

Quel rat-pport avec le comique?
Mais si l'on suit cette hypothèse, quel serait le rapport entre un tel rire-message social et le rire provoqué par une situation comique? Pourquoi une blague provoquerait-t-elle la même réaction que des chatouilles ou un jeu de balle au prisonnier? On n'en sait rien, mais je vous propose une explication purement Xochipillesque. Le rire "animal" est un signal social, qui traduit deux émotions contradictoires chez celui qui rit: à la fois un état d'esprit détendu (pas d'agressivité, pas de danger aux environs) et une vive excitation. Or pour faire une situation comique, il faut toujours trois ingrédients assez similaires:
- une situation sociale: l'effet comique exige la présence des autres. On rit rarement tout seul et quand on le fait, en regardant film comique ou en lisant une histoire drôle, le média raconte une histoire comme le ferait un interlocuteur imaginaire;
- "une surface d'âme bien unie", comme dit Bergson (relisez son "Rire", ça vous réconcilie avec la philo): on n'a pas beaucoup d'humour quand on est énervé ou que la situation nous affecte émotionnellement;
- un effet de surprise: l'effet comique provient d'une certaine forme de dénouement inattendu. Plus grande est l'incongruité du dénouement (jusqu'à un certain point) plus elle crée une sorte de tension émotionnelle qui provoque l'effet comique.
Il est donc possible qu'une situation comique recrée le même cocktail d'émotions contradictoires qui provoque le rire "animal" lorsqu'on joue ou qu'on nous chatouille: un environnement social amical, un état d'âme détendu et une vive excitation due à la surprise. Les mêmes causes ont les mêmes effets et ce mélange de socialité et d'émotions contradictoires nous fait rire. La seule différence tient à ce que l'origine de l'excitation est purement culturelle -un effet de surprise créé par la situation comique- au lieu d'être physique. Notre culture a pris le relais de la nature pour créer artificiellement le contexte émotionnel qui nous fait rire.

Culture, synchronisation et sociabilité...
Après la musique (chant ou danse collective) et les applaudissements, le rire est encore un phénomène qui utilise la synchronisation pour souder des liens sociaux et unir une collectivité. On dirait que dans toutes les sociétés sociales animales ou humaines, la nature a exploité toutes les réactions corporelles possibles pour multiplier les occasions de synchroniser les individus les uns avec les autres. La clef de la socialité serait-elle la capacité à se synchroniser?
L'autre chose qui me frappe est que dans tous les cas, l'irruption de la culture dans les modes de vie n'a pas été une rupture avec nos comportements naturels comme on le pense souvent. Au contraire, elle n'a fait que renforcer nos tendances innées à la synchronisation grâce à l'invention de nouveaux stimuli -la musique, les blagues, les rites etc. Je suppose que notre hyper-sociabilité doit beaucoup à cette démultiplication de l'inné par l'acquis...

Sources:
Jaak Pankseppa, Jeff Burgdorf, ‘‘Laughing’’ rats and the evolutionary antecedents of human joy? (Physiology & Behavior, 2003)
L'émission Laughter, de Radiolab (2008) où Jaak Pankseppa raconte ses découvertes et dont j'ai tiré les extraits sonores

Billets connexes
Schizophrénie, chatouilles et évolution: pourquoi on ne peut pas se chatouiller soi-même
A-côtés de la claque sur la synchronisation des applaudissements
Les neurones de la musique: d'où vient notre sens de la musique?

Clins d'oeil et écran noir

En lisant cette phrase vous l'avez déjà fait une ou deux fois minimum sans vous en rendre compte. De quoi je parle? Hop! Encore une nictation. Nicta-quoi? Clignement des yeux en français. Je vous emmène cette semaine découvrir les mystères de ce petit réflexe d'apparence anodine...

Au fait à quoi ça sert de cligner des yeux? Il paraît que ça permet d'humidifier l'œil. A moins que vous ne soyez un hamster ou une tortue -qui arrivent à cligner des deux yeux séparément- vos deux paupières sont normalement synchronisées. Comme des petits essuie-glace, elles étalent les larmes sur la surface de votre globe oculaire et le maintiennent constamment lubrifié. Si vous clignez trop rarement des yeux, par exemple lorsque vous lisez ou que regardez longtemps un écran d'ordinateur, votre rythme de clignement peut être divisé par cinq et votre œil moins humecté se fatigue.

Le problème avec cette explication c'est que les bébés clignent seulement deux fois par minute contre dix à quinze fois par minute pour les adultes et ça n'a pas l'air de leur poser de problème. Est-ce parce qu'ils exposent à l'air une moindre surface d'œil que les adultes? Ou bien qu'ils dorment plus (les yeux fatigués sont plus facilement secs)? Et comment expliquer que le perroquet cligne des yeux 26 fois par minute, et l'autruche une seule fois?

Si la lubricité lubrification des yeux était la seule explication aux clignements, leur fréquence devrait varier selon le taux d'humidité de l'air. Or on cligne certes plus souvent des yeux quand l'air est sec, mais quand il fait très humide (dans un sauna par exemple), on cligne exactement à la même cadence qu'en temps normal. Il y a donc sans doute une autre explication à ces clignements, mais laquelle?

(source: Wikipedia)

Il n'existe pas de "blinkologist" ni de clignotologue (en français) à qui poser la question, mais ça n'empêche pas des gens très bien d'avoir réfléchi à la question; Walter Murch par exemple, qui n'est ni neurologue ni médecin mais monteur-réalisateur à Hollywood. On lui doit le montage d'Apocalypse Now ou du Parrain. Murch raconte dans le podcast de Radiolab l'étrange découverte qu'il fit, un soir qu'il travaillait tard sur le film "Conversation secrète" de Coppola:

Il était en train de monter une scène dans laquelle le héros -Gene Hackman - était lui-même en train d'essayer de décoder une conversation enregistrée. Il eut soudain l'impression que Gene Hackman "coopérait" en quelque sorte à son propre travail de montage, dans une sorte de jeu de miroir entre lui et la scène qu'il montait. Délire de fatigue, sans doute... Sauf qu'il se rendit compte qu'effectivement chacune de ses coupes correspondait pile-poil au moment où l'acteur clignait des yeux dans la scène... Avait-il découvert une nouvelle forme inconsciente de communication? Cligner des yeux signalerait-il la fin d'une scène importante?

Pour en avoir le coeur net, des chercheurs japonais ont équipé des volontaires avec de petites électrodes sur les paupières. Chaque fois que l'un d'eux cligne des yeux ça "bipe" sur l'écran des chercheurs. Les participants ont ensuite été installés dans une salle de ciné où on leur a passé le film "Mr Bean" trois fois de suite. Nos chercheurs ont découvert des trucs ahurissants -en dehors du fait que l'effet comique de Mr Bean diminue étonnamment vite dès la deuxième rediffusion:

1) Durant les trois diffusions, une même personne cligne à peu près toujours aux mêmes moments du film.
2) Dans la salle, les spectateurs synchronisent spontanément leurs clignements d'yeux. Quand vous regardez un film et que vous clignez des yeux, un tiers de la salle cligne en même temps que vous!

Ce clignement à l'unisson est manifestement lié à l'histoire racontée dans le film, puisque il n'a pas lieu si on passe des images d'aquarium au lieu d'un film. On a observé que la plupart des gens clignent des yeux aux passages où la tension se relâche temporairement: lors d'un plan fixe et sans action, quand une porte finit de se fermer etc. Sans doute, quand on est immergé dans un film, choisit-on inconsciemment ces moments de faible intensité dramatique pour relâcher son attention et lubrifier ses mirettes? On finit ainsi par se synchroniser avec l'histoire, par faire littéralement corps avec elle.
Je me demande si certains réalisateurs espiègles, genre David Lynch, ne profitent pas de ces instants du film où tout le monde cligne des yeux, pour glisser malicieusement des plans importants dont personne ne se rend compte, histoire de perdre un peu plus le spectateur dans son histoire...

Tout ça n'explique toujours pas pourquoi on doit cligner des yeux aussi souvent. Une hypothèse serait que l'on ne peut intégrer l'information que par morceaux, sous forme de petites séquences mémorisables par notre cerveau. Cligner des yeux permettrait en quelque sorte de "digérer" un bout d'information, un peu comme la sauvegarde automatique d'un traitement de texte suspend de temps en temps son fonctionnement pour enregistrer les dernières modifications. Nos clignements seraient donc une forme de ponctuation de notre pensée comme l'histoire de Walter Murch le suggère? Cette hypothèse expliquerait pourquoi on papillonne des paupières quand on est stressé, ému ou surpris. Cligner des yeux serait une manière de digérer une émotion forte. A l'inverse, quand on est très calme, que son esprit vagabonde ou qu'on est fatigué, on a l'œil fixe et l'on cligne plus rarement.

L'analogie avec la sauvegarde automatique d'un programme a heureusement ses limites. Autant il peut arriver qu'on perde une saisie informatique à cause d'une sauvegarde en cours, autant on ne perçoit jamais de "trou" dans le film de notre vision malgré nos clignements. Comment notre cerveau parvient-il à éviter que l'on ne prenne conscience de l'obscurité qui envahit par intermittence notre champ de vision?

Des chercheurs ont percé à jour le mystère, grâce à un dispositif astucieux éclairant la rétine depuis l'intérieur de la bouche, donc insensible aux clignements des paupières (source: ici). L'observation de l'activité cérébrale de volontaires équipés d'un tel appareil a montré que les aires visuelles s'interrompent complètement pendant la durée du clignement des yeux! Pendant un instant, elles se mettent en pause, ne percevant plus la lumière du dispositif. Dans la vie de tous les jours, cette brève interruption de fonctionnement nous empêche de percevoir le "black-out" de nos paupières qui se ferment, et nous évite la pénible sensation de regarder une scène sous une lumière stroboscopique.

Comme notre cerveau est par ailleurs capable d'extrapoler entre l'image d'avant le clignement et celle d'après, il nous donne l'illusion d'un raccord parfait. Heureusement! Parce qu'à raison de dix à quinze clignements par minute de chacun 100 à 150 msec, on rate environ trois minutes d'un film de deux heures. Et si on vit 80 ans, notre cerveau arrive à nous faire passer pratiquement 2 années pleines les yeux fermés, sans même qu'on s'en rende compte! Notre cortex mériterait largement l'oscar du meilleur monteur.

Sources:
L'excellent podcast "blink" de WNYC radiolab
In the blink of an eye, le livre de Walter Murch
Synchronization of spontaneous eyeblinks while viewing video stories (Tamami Nakono et al, 2009): l'étude sur les spectateurs d'un film.
Cligner des yeux déconnecte partiellement le cerveau (Techno-science.net, 2005)
Wikipedia en anglais

Billets connexes:
Réflexe photo-sternuatoire (euh... à vos souhaits!): sur l'autre truc qu'on fait à grande vitesse: l'éternuement
A-côtés de la claque: un autre exemple de synchronisation inattendu dans une salle de spectacle.

Regards croisés

En étudiant à quoi réagissait le patient blindsight GY, dont je vous ai présenté la vraie-fausse cécité dans le billet précédent, les neurologues ont découvert qu'il pouvait sans problème distinguer une expression effrayée d'une expression neutre si on lui présentait des visages dans son champ visuel réputé "aveugle". A condition bien sûr de le forcer à faire un choix, puisqu'il n'avait aucune conscience de voir quoi que ce soit.
Le même test a été réalisé avec des des personnes saines, auxquelles on présentait des images subliminales. L'imagerie cérébrale a montré que notre amygdale cérébrale -le centre primitif de nos émotions- s'affole littéralement en présence de visages effrayés même quand on ne les voyait pas consciemment.

Quand le blanc de l'oeil fait peur
Vous aurez sans doute deviné que c'est encore un coup de notre petit colliculus qui, à l'affût du moindre danger, alerte directement l'amygdale cérébrale, comme une vigie qui sonne l'alarme dès qu'elle repère un truc suspect.

Mais qu'est-ce qui dans un visage effrayé provoque précisément cette alarme? On s'est sont rendu compte que ce sont les yeux écarquillés qui nous font réagir. Et plus précisément la détection de grands "blancs de l'oeil" au milieu du visage.

Les yeux dans les yeux
Dans la vraie vie, quand vous regardez un visage, votre cerveau met en route la zone impliquée dans la reconnaissance des formes - celle des visages, mais aussi des objets, des mots (voir ce billet précédent) etc. Si tout à coup la personne en face vous regarde dans les yeux, ce contact visuel active immédiatement votre amygdale cérébrale qui attribue alors une émotion face à ce signal -alarme, trouble ou plaisir.

Comme le dit Alain Berthoz, du Collège de France, échanger un regard suffit à introduire l'autre dans son monde affectif, dont l'amygdale cérébrale est le siège. Cela expliquerait pourquoi les autistes, si peu à l'aise avec leurs propres émotions évitent de croiser le regard des autres. Et aussi pourquoi chez tous les mammifères, le contact visuel est un langage aussi universel - signe de bravade ou de provocation entre deux individus du même sexe, ou expression du désir sexuel entre mâle et femelle.

Nos codes de bonne conduite ont hérité et transposé ces règles naturelles, interdisant aux enfants de soutenir le regard des adultes et défendant aux jeunes filles rangées de croiser le regard des hommes. La tradition culturelle a si bien relayé l'inné qu'on ne sait plus très bien distinguer la part d'instinct et d'éducation qui nous fait aujourd'hui détourner notre regard de celui de l'autre au bout d'un instant. Sauf quand on flirte ou qu'on défie ouvertement son adversaire, comme en 2007 lors de cette fameuse rencontre entre la France et la Nouvelle-Zélande. Les amygdales ont dû chauffer pendant ce fameux Haka!

Mais le regard direct de l'autre n'est pas toujours synonyme d'agression ou de désir sexuel, bien sûr. Outre l'amygdale- on a découvert qu'il stimule toute la partie "sociale" de notre cerveau, impliquée dans la reconnaissance du visage, la détection d'intention, la direction du regard etc. Pas trop appuyé, c'est un élément indispensable de notre socialité. Un contact visuel léger est par exemple un préalable nécessaire pour que deux personnes face à face soient attentives l'une à l'autre. On a ainsi découvert qu'à six mois les bébés ne suivent le regard d'un adulte que si celui-ci a préalablement établi un contact visuel avec eux. Ou encore, on a montré qu'on retient plus facilement les visages avec lesquels on a échangé un regard: est-ce lié au fait que la mémoire est stimulée par l'émotion qu'a créé le contact visuel?

Détecteur de regard
Le regard de l'autre est tellement essentiel à notre socialité qu'on 'sent' instinctivement quand on nous regarde. Et on trouve en général assez facilement qui vous regarde, même s'il est au milieu de plusieurs personnes. Cette aptitude à identifier qui nous regarde apparaît chez les nourrissons dès les premiers mois, sans qu'on sache encore très bien d'où elle vient.

Les yeux nous parlent
Si l'on est aussi sensible socialement au regard des autres, c'est aussi parce qu'il porte une grande part de notre communication non-verbale:

1) La présence des yeux permet de différencier un visage de tout autre objet. Les chercheurs ont montré que de tout jeunes nourissons savent détecter un visage sur la base des trois zones obscures disposées en triangle que forment les yeux et la bouche.

Ce résultat m'intrigue quand même. N'aurait-on pas eu un résultat similaire si l'on n'avait gardé que les deux tâches des yeux, sans la bouche? Vous pouvez prendre n'importe quelle forme géométrique, vous lui ajoutez deux yeux et hop! ça devient vivant comme par magie.
<- Pas besoin ni de nez, ni de bouche pour que ça marche! D'ailleurs, regardez comment les enfants dessinent leurs premiers visages en maternelle: ils commencent le plus souvent par d'immenses yeux qui mangent la moitié du visage. Adultes, on se prend à voir des visages sur la lune, les nuages ou les rochers dès qu'on a imaginé où étaient les yeux... 2) Nos yeux sont la partie la plus expressive du visage, capables d'exprimer sans tricher toutes les nuances de nos émotions -peur, joie, fatigue, colère...

Une paire d'yeux suffit à donner la vie et le caractère d'un personnage ->

Allez trouver une autre partie du corps qui puisse en faire autant!

3) Enfin, le regard de l'autre est une invitation à regarder dans la même direction, avec plus de discrétion et de rapidité que s'il pointait un doigt ou bougeait la tête. Notre réflexe de regarder là où l'autre regarde a sans doute été évolutivement une question de survie. Au temps des premiers hominidés ce n'était pas avec nos ongles et nos quenottes que l'on aurait pu se défendre efficacement contre les prédateurs; l'évolution a pu favoriser l'attention au regard de l'autre qui permet de réagir collectivement très vite.

Chez l'homme, la sclère ose!
La comparaison de nos yeux avec ceux de nos cousins primates appuie sérieusement cette hypothèse: l'homme est le seul primate à avoir l'oeil bien blanc autour de l'iris. La plupart des singes ont une "sclère" (c'est comme ça que ça s'appelle) plutôt marron foncé:

L'avantage d'une sclère obscure - si je peux me permettre ce mauvais jeu de mots- c'est qu'elle camoufle bien les yeux et la direction du regard. La sclère dépigmentée de l'homme contraste au contraire avec la couleur du visage et avec la couleur de l'iris ce qui met en évidence à la fois l'oeil et la direction du regard:

Ce manque de discrétion est d'autant plus marqué que nous avons la plus grand sclère -proportionnellement à la taille de l'iris- du monde des primates!

On a donc pas mal d'arguments pour supposer que l'évolution a privilégié une visibilité maximale de notre œil et de la direction de notre regard. Au passage, on a aussi découvert que nous avons l'œil plus allongé horizontalement que n'importe quel primate. On peut imaginer que cette forme est adaptée aux terrains découverts qui exigent un grand angle de vision, alors que nos cousins primates vivent plutôt sous couvert?

Comment rendre un regard humain, affolant ou... affolant.
Bon, maintenant que vous savez tout sur la sclère, vous vous êtes bien rendu compte que je trichais un peu avec mes dessins. Certes, deux yeux suffisent à transformer n'importe quoi en visage humain, mais vous comprenez maintenant que le blanc des yeux fait la moitié du boulot! Dans tous les dessins animées, le héros a l'air humain parce qu'il a les sclères blanches:

<- C'est à mon avis à cause de ce blanc de l'œil qu'on n'arrive pas à voir dans les guerriers de la Planète des singes autre chose que des hommes déguisés, malgré la qualité extraordinaire de leur maquillage.

A l'inverse, une sclère colorée ou foncée est un truc classique du cinéma pour rendre des monstres encore plus effrayants ->

Quand il s'agit non plus de faire peur mais au contraire d'aiguiser son sex appeal, rien ne vaut une sclère bien blanche et une pupille dilatée, signe que l'on éprouve soi-même un désir ou un émoi particulier. Pour se faire un regard plus troublant, les belles italiennes de la Renaissance se mettaient des gouttes de Belladone dans les yeux. Cette plante est un poison puissant mais à faible dose elle a la propriété de dilater les pupilles. Son nom ("Belle dame" en italien) vient justement de cette pratique à laquelle on a maintenant montré que les hommes sont bel et bien sensibles.

Bref, le regard est le seul signal visuel capable à partir de trois fois rien -deux disques blancs avec un disque foncé au milieu- de déclencher une telle avalanche de réactions dans notre tête: détection, identification, émoi, peur, agressivité, désir sexuel... Plus fort que la madeleine de Proust! Croiser un regard suffit à réveiller les réflexes du primate tapi au fond de notre inconscient. Finalement, plutôt qu'un miroir de l'anima -l'âme en latin- l'œil n'est-il pas surtout le miroir de l'animaL qui sommeille en nous?

Sources et références:
La conférence d'Alain Berthoz sur le thème "Le cerveau et le rugby" (conférence de l'ENS, 2007) très intéressante et accessible.

The eye contact effect: mechanisms and development, de Senju and Johnson (Trends in Cognitive Science, Mars 2009)

Unique morphology of the human eye and its adaptive meaning, de Kobayashi & Kohshima (Journal of Human Evolution, 2001) qui compare notre oeil à celui des autres primates
Is anyone looking at me? de Senju (Brain and Cognition, 2008) sur la détection du regard chez les enfants autistes ou n

Billets connexes
L'étrange vision d'un aveugle sur la manière dont l'inconscient "voit" plus vite que nous.
Biologie du maquillage parce qu'il n'y a pas que les yeux qui nous font de l'effet!
Comment on lit : les mécanismes cérébraux de la lecture et de la reconnaissance des lettres.

Conscience en flagrant délire (1)

Tous schizophrènes? On peut se poser la question au vu des sondages sur les comportements au volant: 85% des Français estiment être de bons conducteurs, mais seulement 36% jugent que les autres le sont également.
Encore mieux: 92% de ces personnes dès qu'ils redeviennent piétons, se plaignent des automobilistes qui ne les laissent pas traverser dans les clous! Nous sommes tous ainsi faits: on perd patience derrière la voiture de devant qui lambine sur une route étroite, et l'instant d'après on regarde goguenard dans le rétro l'excité qui cherche désespérement à doubler.

Ce manque d'impartialité dans nos croyances ou nos relations aux autres font le délice de la psychologie sociale, dont les experts se livrent depuis trente ans à tout un tas d'expériences poilantes pour en décortiquer les fondements. Je vous propose cet été une série de quatre visites au cœur de quelques unes de nos turpitudes mentales, découvrir comment notre conscience s'arrange avec la réalité pour protéger nos croyances, notre ego ou notre estime de soi.

Episode 1: Jeu de mains, jeu de vilains
Le premier flagrant délit de partialité a lieu à fleur de peau, au contact du monde extérieur. Avez-vous remarqué que ça fait toujours plus mal quand quelqu'un vous arrache un pansement que quand vous vous vous en chargez vous-même? Et que même si on y va de bon coeur, on ne se fait jamais bien mal quand on se pince soi-même? On soupçonne derrière cette désensibilisation, le même mécanisme qui empêche de se chatouiller soi-même et dont on avait parlé dans ce billet: juste avant de faire le mouvement, les zones pré-motrices de notre cerveau envoient une "copie- fantôme" du mouvement envisagé vers la zone du cortex dédiées aux sensations à l'endroit du pansement/pincement. Cette anticipation des sensations à venir suffit à en atténuer la perception, de la même façon que lorsqu'on soulève une tasse de café, on ne la "sent" que si elle n'a pas le poids prévu.

Entre parenthèses il se passe exactement la même chose quand on monte un escalier mécanique en panne: ça ne vous a pas frappé qu'il est alors difficile de monter les marches? On bute à chaque pas, comme si on était en déséquilibre permanent. Cette maladresse ne provient pas de la forme particulière des marches car on a vérifié qu'on montait sans problème un escalier en bois ayant la même forme qu'un escalator. C'est donc la vision de l'escalier mécanique en tant que tel qui nous perturbe: il semble qu'à sa vue, notre corps anticipe -à tort- le mouvement des marches, et quand ce mouvement ne se produit pas car l'escalator est à l'arrêt, on est déséquilibré. Fin de la parenthèse.

Pour revenir à nos histoires de douleur, on a mesuré cette atténuation des sensations en soumettant des volontaires à une petite expérience masochiste: une presse mécanique leur écrase gentiment l'index droit et on leur demande ensuite de reproduire avec leur main droite cette même pression sur leur index gauche. Immanquablement, ils appuient plus fort que la presse. Et ce n'est pas un problème de mémoire, car si au lieu de reproduire la pression avec leur main, ils le font par l'intermédiaire d'un petit joystick, ils appliquent alors une pression très semblable à celle qu'ils ont subie initialement.

Pas étonnant, du coup, que les jeux de mains dérapent à tous les coups.On en a fait l'expérience de la manière suivante; deux volontaires doivent appuyer à tour de rôle sur le doigt de l'autre, chacun exerçant exactement la même pression que celle qu'il vient de subir. L'expérience tourne vite au jeu de massacre, car comme on pouvait s'y attendre chacun appuie de plus en plus fort sur le doigt du maso d'en face. Non pas que nos volontaires soient particulièrement agressifs, mais parce qu'à cause de l'"effet sparadrap" on sous-estime la force que l'on exerce sur l'autre ou, ce qui revient au même, on surestime la douleur qu'on vient de subir.

C'est sans doute comme ça que ça dégénère aussi souvent dans les combats de catch, alors que tout est censé être truqué! Et voilà aussi pourquoi dans une bagarre c'est toujours l'autre qui a commencé en m'agressant alors que je l'avais à peine touché.

Billets connexes:
Schizophrénie, chatouilles et prémonition ou pourquoi on ne peut se chatouiller soi-même...

Réflexe photo-sternutatoire (euh... à vos souhaits!)

Achù! (en espagnol)
En ces temps de psychose grippale, l'éternuement mériterait pourtant l'admiration d'un naturaliste attentif. Admiration car il bat tous les records de vitesse des mouvements corporels et propulse vos miasmes de 150 à 200 km/h (selon les sources). Une médaille d'or bien méritée grâce à un travail d'équipe qui mobilise la plupart des muscles de la gorge, de la poitrine et du visage. La légende veut que la réaction soit tellement violente qu'on ferme les yeux pour éviter qu'ils ne soient éjectés de leur orbite. Toujours soucieux de rétablir la vérité scientifique, mes enfants se sont fait un devoir de me démontrer qu'il n'en est rien. Tout au plus risque-t-on l'éclatement de quelques vaisseaux au fond de l'oeil sous l'effet de la forte pression qui s'y exerce. Il semble que l'on ferme les yeux par le même mouvement réflexe qui contracte les autres muscles de la face et de la gorge.

Tummal! (en malais)
Dans les livres, on explique que l'éternuement est une réaction de défense naturelle de l'organisme qui permet de dégager ses fosses nasales encombrées. L'hypothèse semble a priori raisonnable d'autant que l'obstruction partielle de la bouche oriente l'expulsion de l'air vers le nez (c'est d'ailleurs le choc de l'air sur les parois nasales qui provoque le "tchoum!" caractéristique). Sauf que l'air expulsé sort finalement bien plus par la bouche que par notre nez et qu'il faut bien se moucher après avoir éternué si l'on veut déboucher ses naseaux. Pas comme les chiens ou les chats qui éternuent effectivement par le nez, contrairement à nous. Je n'ai jamais vu de singe éternuer, mais je suspecte quand même l'éternuement d'être donc un simple réflexe hérité de nos ancêtres primates pour lesquels un odorat parfaitement bien portant était une question de survie. Mais pour les humains, l'éternuement ne servirait-il qu'à propager nos microbes?

Wa-hing! (en indonésien)
Reconnaissons-lui au moins une toute petite vertu: la sternuation peut signaler une allergie -poils de chats, pollen, acariens vous avez le choix. Pas forcément très utile à nos ancêtres dans la savane, mais c'est mieux que rien. Car on éternue sélectivement! Essayez de renifler les épices de votre cuisine, vous verrez qu'on n'éternue qu'avec certaines d'entre elles: le poivre par exemple, à cause de ses deux substances -capsaïcine et pipérine- les pince-mi et pince-moi de la sensation de brûlure dans la bouche. Quand vous les reniflez d'un peu trop près, elles vous chatouillent les neurones du nez et vous les rejetez en éternuant.

Atsiuh! (en finnois)
Il y a également d'étranges raisons d'éternuer: par exemple un quart d'entre nous éternuent quand ils fixent une lumière intense comme celle du soleil. Syndrôme baptisé ACHOO comme "Autosomal-dominant Compelling Helio-Ophthalmic Outburst" par des savants facétieux. Très gênant pour les pilotes d'essai chez qui une demi-seconde d'inattention peut être fatale... Ce phénomène a intrigué tout le monde, depuis Aristote, qui imagina que le réchauffement du nez par le soleil en était la cause. Plus près de nous, Francis Bacon a supputé que la lumière provoque un réflexe de lagrimation qui, en humidifiant intérieurement les fosses nasales déclenche l'éternuement. Cette élégante explication ne tient pas trop, car la "photo-sternutation" est instantanée alors que la lagrimation demande un tout petit peu de temps pour faire son effet. Les neurologues penchent actuellement plutôt sur un court-circuit dans notre plomberie neuronale: le nerf optique est très proche de celui du nerf trijumeau, responsable de l'éternuement. Lorsque le premier est brutalement stimulé par une lumière intense, il provoquerait parfois l'excitation du second juste à côté, ce qui provoque l'éternuement.

Apchkhi (en russe)
A vrai dire la génétique du syndrome ACHOO n'est pas été très bien étudiée, mais pour faire avancer le schmilblick les neurologues devraient peut-être se pencher sur un syndrome connexe: "l'éternuement épilatoire " que j'ai découvert sur un forum de babillage.net -où va se nicher l'info scientifique! Certaines femmes éternuent lorsqu'on leur épile les sourcils. N'ayant trouvé aucune étude sérieuse à ce sujet, je penche d'instinct pour une explication à la Francis Bacon: arracher un poil sensible fait notoirement monter les larmes aux yeux ce qui -par débordement dans les conduits nasals - pourrait provoquer l'éternuement.

Kychnut! (en tchèque)
Plus étrange -mais aussi plus rare- la rhinite "lune de miel" a récemment été révélée par le très sérieux Journal of the Royal Society of Medicine. Les malheureux qui en sont atteints éternuent lorsqu'ils éprouvent du désir sexuel, quand ils fantasment ou après avoir ressenti un orgasme! On ignore les causes de cette réaction embarrassante, mais on soupçonne là encore un embrouillamini dans la circuiterie neuronale. Vous voilà prévenus la prochaine fois que l'on éternue dans votre entourage, hum, très très proche.

Va-t-on un jour découvrir des cas réels du syndrome "Franquin", le génial auteur de BD qui fait éternuer Gaston Lagaffe dès qu'il entend le mot "effort"?

Thummal! (en Tamoul)
Il y a peut-être une leçon d'évolution à tirer de cette curiosité physiologique qu'est l'éternuement, qui ne "s'explique" par aucun avantage évolutif significatif. Il semble qu'on ait ici affaire, comme pour le hoquet ou l'appendice, non pas au résultat de la sélection naturelle, mais à un effet collatéral (side effect) de macro-évolutions qui elles, présentent un avantage évolutif global. Cet exemple illustre à quel point l'évolution des organismes n'opère non pas sur tous les détails des organismes mais seulement sur leurs plans d'ensemble. Chaque particularité physiologique n'est pas nécessairement le résultat finement sculpté par des millénaires de sélection naturelle et il faut bien admettre une part de contingence dans certaines bizarreries naturelles. Qui songerait à rechercher un avantage évolutif dans le fait d'accoucher dans la douleur, sous prétexte que Madame Néanderthal souffrait autant que sa cousine Sapiens?

Sources:
Why do we sneeze when we look at the sun?
Looking at the sun can trigger a sneeze , Scientific American, Janvier 2008
Sneezing can be a sign of arrousal, BBC News, décembre 2008
Pourquoi le poivre fait-il éternuer , linternaute, janvier 2007
Et le blog Tripodología Felina (en espagnol) pour savoir comment on dit "atchoum" et "à vos souhaits" dans toutes les langues

Billets connexes:
Pourquoi tant de hyène sur une autre contingence naturelle: la forme très masculine des organes sexuels des hyènes.
Vraiment sans gène ou pourquoi les hommes prèfèrent les blondes (aux grandes jambes)

Chérie j'ai perdu mon corps!

En dehors des cinq sens -l'ouïe, la vue, le toucher, l'odorat et le goût- il en est dont on ne soupçonne même pas l'existence tant on y est habitué. C'est le cas de la proprioception, notre capacité à "ressentir" notre corps de l'intérieur et percevoir dans quelle position il se trouve, sans avoir à le regarder: dès la huitième semaine, le fœtus humain sait diriger sa main vers son visage et dès le sixième mois il peut "trouver son pouce". L'étude de cette faculté très primaire révèle des trésors de curiosités.

J'arrive! Juste le temps de trouver mes pieds...
Oliver Sacks, neurologue anglais célèbre pour ses excellents récits sur de drôles de maladies, raconte l'histoire de Christina, une patiente souffrant justement d'un déficit de proprioception. A la suite à d'une maladie nerveuse, Christina avait perdu subitement la capacité à sentir son corps: "Il lui était impossible de tenir debout - à moins de regarder ses pieds. Elle ne pouvait rien tenir dans ses mains, qui restaient ballantes sauf si elle gardait un oeil sur elles. Si elle les tendait pour prendre quelque chose ou pour essayer de se nourrir, ses mains se dérobaient ou battaient l'air..."

Cette pathologie est non seulement très invalidante mais aussi une véritable torture psychologique, donnant l'impression d'avoir perdu son corps, d'être désincarné. Christina ne s'est jamais complètement remise, mais est parvenue petit à petit à compenser son handicap. D'abord en regardant sa main, elle a réussi à en contrôler correctement les mouvements, au prix d'un grand effort de concentration visuelle, puis de façon plus mécanique. Sans qu'on sache très bien comment, elle a progressivement retrouvé certains automatismes et adopté des poses standards pour s'asseoir, marcher etc. Sans doute en mobilisant ses autres sens, elle a fini par reprendre une vie presque normale, sans avoir à chercher ses jambes du regard avant de pouvoir les bouger.

Ca, ma main gauche? Vous rigolez?
Au moins Christina avait-elle conscience de son handicap. Laurent Cohen relate dans son excellent "Homme thermomètre", l'histoire d'une patiente paralysée sur toute la moitié gauche de son corps à la suite d'une lésion cérabrale, mais qui refusait farouchement d'admettre son problème. Ainsi raconte-t-il ce drôle de cas: "Je lui montrai sa main gauche paralysée, en lui demandant de quoi il s'agissait. Elle me répondit que c'était ma main à mois. Et pas sa main à elle? Non, absolument pas. D'ailleurs, elle s'en saisit avec sa main droite valide et commença à la tordre énergiquement en me menaçant: "je vais vous casser les doigts!".

Il peut sembler incroyable d'oublier littéralement la moitié de son corps. L'hypothèse des neurologues est que la "carte mentale" du corps de cette patiente avait également été amputée de sa moitié gauche: difficile pour elle d'envisager la paralysie de quelque chose qui n'existait plus.... Par ailleurs elle négligeait complètement tout ce qui se situait à gauche de son champ de vision (hémi-négligence); par exemple elle estimait avoir terminé son assiette une fois qu'elle en avait mangé la moitié droite puis se remettait à manger comme si de rien n'était dès qu'on tournait son assiette d'un demi-tour. Laurent Cohen suppose que "l'existence d'une paralysie ne pouvait donc être détectée faute d'un souvenir complet de ce qu'était un corps normal, et peut-être aussi faute d'une orientation convenable de l'attention vers une moitié du corps". Comment peut-on ne pas se rendre compte qu'on ne voit qu'une moitié du monde et qu'on n'a qu'un demi-corps? On ne peut évidemment pas se mettre à la place de ces malades, mais on peut imaginer que cette limite est aussi naturelle que pour vous le fait de ne pas voir derrière votre tête: rien d'anormal à ça. Cohen raconte même que "certains patients qui ont perdu la totalité de leur champ de vision sont anosognosiques (="ne s'en rendent même pas compte" NDLA). Ils sont devenus entièrement aveugles et n'en ont pas conscience."

La carte du tendre moi
Giacomo Rizzolatti, célèbre découvreur des neurones-miroirs, a étudié cette carte mentale de soi du point de vue visuel et tactile: en mettant des électrodes dans le cerveau de singes qui n'en demandaient pas tant, il a découvert que certains neurones dits "bi-modaux", étaient à la fois sensibles au toucher de certaines zones du corps ET aux stimuli visuels à proximité de ces mêmes zones. "Le même neurone décharge quand nous effleurons, par exemple, l'avant-bras du singe et lorsque notre main s'approche de son avant-bras (...) Si tout cela vous laisse sceptique , essayez d'approcher la main de votre joue: vous la sentirez sur votre peau, avant même de la toucher - comme si l'espace cutané de votre joue embrassait l'espace visuel qui l'entoure." Cette coïncidence entre le sens du toucher sur une zone et ce qu'on ce qu'on y voit à proximité définit l'espace péripersonnel de chacun. Je suppose que c'est à cause de ces neurones que l'on ne peut se chatouiller soi-même (thème d'un précédent billet). On a pu mettre en évidence cette carte interne avec un patient atteint lui d'une héminégligence très particulière. Comme la patiente de Laurent Cohen, si on lui demandait de marquer au crayon le milieu de segments tracés sur une feuille près de lui, il négligeait les segments dans son champ de vision gauche et coupait les autres très à droite de leur milieu. En revanche il s'acquittait parfaitement de sa tâche si l'on projetait l'image des segments sur un écran à quelques mètres devant lui et qu'il faisait la même opération avec un pointeur laser au lieu d'un crayon. L'héminégligence "proche" de ce patient ne l'empêchait d'ailleurs nullement de jouer aux fléchettes. On a trouvé depuis d'autres patients présentant le syndrome inverse (héminégligence lointaine uniquement). Bon, mais là on s'éloigne du sujet...

Cette représentation mentale de son espace proche, défini depuis Poincaré (décidément il a vraiment touché à tout brillamment celui-là) comme celui qui est atteignable par un mouvement de ses membres, se forge dès la toute petite enfance, lorsque le nourrisson joue avec ses mains et ses pieds. Plus tard, on peut la modifier avec de l'entraînement "Après avoir entraîné des singes à aller chercher des boulettes de nourriture avec un petit râteau, ils ont remarqué que, lors de l'utilisation répétée de l'instrument, les champs récepteurs visuels ancrés sur la main s'étendaient au point d'inclure l'espace autour de la main et du râteau - comme si l'image de ce dernier était incorporée dans celle de la main(...) le prolongement de la main déterminée par l'emploi du râteau entraînait (...) une redistribution du proche et du lointain." Des chercheurs italiens ont récemment mis en évidence le même phénomène pour les joueurs de tennis: un bon joueur identifie mentalement la raquette comme une partie de son corps, à la différence d'un débutant: "Subjective reports indicated that only in the tennis imagery condition did experts differ from novices in the ability to form proprioceptive images and to consider the tool as an extension of the hand".

Enchanté! Moi c'est vous.

Récapitulons: la sensation de ressentir son corps de l'intérieur se forge dès la petite enfance en combinant plusieurs sens:

• la vue
  
• le toucher (certains neurones sont sensibles à la fois au toucher et aux stimuli visuels à proximité d'une zone du corps),
  
• le sens de l'équilibre (le système vestibulaire, dans l'oreille interne)
• et enfin, le sens le plus mystérieux, la proprioception, qui nous permet de savoir où sont nos membres sans avoir à les regarder ni à les toucher.

Parfois ces sens se contredisent. Par exemple en voiture ou en bateau, on a le mal de mer lorsque les mouvements généraux de notre corps, perçus par notre oreille interne, ne correspondent pas avec ce que l'on regarde par exemple un livre ou un écran devant soi. Moins salissant, le petit jeu des mains croisées devant soi, à pratiquer en famille: autant il est difficile de bouger le doigt qu'on vous indique visuellement (sans le toucher), autant il est facile de bouger un doigt qu'on désigne par son nom ("annulaire gauche" par exemple) en fermant les yeux.

Des chercheurs un peu espiègles se sont amusés à tromper cette représentation mentale de son "moi" physique. On a commencé avec l'expérience de la main en caoutchouc. Le participant est assis, sa main est tendue et dissimulée. Ce qu'il voit est une fausse main en caoutchouc, décalée sur le côté par rapport à sa vraie main. Un pinceau chatouille simultanément sa main et celle en caoutchouc. A force de répéter l'expérience où coincident sensations tactiles et visuelles, le sujet finit par s'approprier la fausse main et avoir l'illusion qu'il s'agit vraiment de sa main! S'il ferme les yeux et qu'on lui demande avec son autre main de désigner la main chatouillée, il pointe vers la main en caoutchouc. Illustration (en anglais):

Henrik Ehrsson et Valeria Petkova de l'université de Stockholm ont étendu l'expérience aux pieds et au ventre avec un dispositif ingénieux: on a équipé un mannequin (à droite) avec une caméra subjective fixée à l'emplacement des yeux et visant le ventre ou les pieds du mannequin. Le participant humanoïde - à gauche) est habillé et sa tête équipée d'un casque avec un écran reproduisant les images de la caméra subjective du mannequin. Le sujet est ainsi complètement immergé dans l'univers visuel du mannequin-regardant-son-corps-nu. Un expérimentateur touche simultanément le ventre (ou les pieds dans une autre expérience) du mannequin et du participant, exactement comme dans l'expérience de la main en caoutchouc. La photo de l'expérience, tirée de leur publication vaut toutes les descriptions. Tous les participants à l'expérience ont très nettement eu l'impression que le corps du mannequin était le leur.

Pour vérifier que ce n'était pas des blagues, on a mesuré le potentiel électrique de la peau du sujet tandis qu'on approchait un couteau du corps du mannequin (sans lésiner sur la taille du couteau: photo de droite). Leurs réactions physiologiques ont clairement confirmé qu'ils réagissaient comme si c'était eux qu'on menaçait.

Plus fort encore, leur dernière expérience a permis d'échanger le corps du participant avec celui de l'expérimentateur, le temps d'une poignée de main. Sur la photo, l'expérimentateuse (expérimentatrice?) avec la caméra subjective est assise à droite. Le participant à gauche a comme univers visuel celui que filme la caméra: il se voit donc assis en train de serrer la main d'un homme debout devant lui en chemise blanche et un drôle de casque sur la tête. Oh, tiens, je suis en train de me serrer la main!

Ces illusions corporelles sont rendues possibles à condition de synchroniser en permanence sensations tactiles et visuelles et d'immerger visuellement le participant dans un univers subjectif à peu près plausible (un homme peut s'identifier à une femme mais pas à une table ou un ballon!). Bon d'accord, il reste du chemin avant d'arriver au scénario de Freaky Friday, mais puisqu'on sait déjà apprendre à un singe à commander un bras mécanique par la pensée , on peut imaginer rendre vie un jour à ces prothèses...

Références

1. Alain Berthoz: Le sens du mouvement, 1997
2. Alain Berthoz: Physiologie de la perception et de l'action, synthèse de son cours au Collège de France
3. Laurent Cohen: L'homme thermomètre, 2004:remarquable enquête sur le cas d'un malade qui prend tous les objets autour de lui pour des thermomètres.
4. H Henrik Ehrsson et Valeria I. Petkova: If I were you: perceptual illusion of body swapping , PLOS One, 2008
   
5. Oliver Sacks: L'homme qui prenait sa femme pour un chapeau, 1988: ça date un peu mais c'est toujours aussi délicieux.
6. Giacomo Rizzolatti, Corrado Sinigaglia: Les neurones miroirs, 2008 pour tout savoir sur ces fameux neurones de l'empathie...

L'oreille magique

Quand vous assistez à une conférence, avez-vous remarqué que lorsque quelqu'un dans l'assistance pose une question derrière vous, vous éprouvez l'irrépressible besoin de savoir qui parle, au point que votre écoute est gênée tant que vous n'avez pas localisé l'intervenant? Une fois que c'est fait, vous pouvez sans problème écouter le reste de sa question en regardant de nouveau devant vous. Nous avons probablement hérité de ce réflexe très utile à nos ancêtres traqués par les bêtes sauvages car notre ouïe est un détecteur particulièrement au point: en un millième de seconde vous êtes capables de localiser à quelques degrés près un son d'où qu'il vienne. Largement suffisant pour savoir très vite dans quelle direction regarder.

Pour expliquer cette faculté, on invoque normalement le fait qu'un son venant de côté arrive à une oreille un tout petit avant l'autre et très légèrement moins atténué. Cette différence de perception permet de localiser horizontalement la source sonore et la stéréo permet de restituer cette perception (en enregistrant la musique avec deux micros légèrement distants). Mais ce mécanisme n'explique pas comment on sait que le son vient d'en haut ou d'en bas et surtout comment on arrive à le localiser même si on ne l'entend que d'une seule oreille. Il semble (selon le site de l'université de Genève) que nous percevions les infimes altérations du son lorsqu'il se réfléchit sur les replis du pavillon de notre oreille. Or ces modifications varient selon l'angle d'incidence du son ce qui permet de le localiser. Pour évaluer si un son est proche ou loin, notre cerveau utilise le fait que les aigus s'atténuent plus vite que les graves avec la distance. Dans une pièce fermée, on compare l'intensité du son direct avec celui de sa réverbération sur les murs, exactement comme le font les chauve-souris avec leurs propres ultrasons. Nous sommes dotés de puissants petits radars!

Sons holophoniques
Avec des micros extrêmement sensibles à l'emplacement théorique de nos deux oreilles, on arrive à enregistrer puis à reconstituer un son en trois dimensions, diaboliquement réaliste. Écoutez (au casque) cette coupe de cheveux virtuelle, en fermant les yeux, c'est saisissant:



On sent les ciseaux autour de sa tête, c'est incroyable...
Les allumettes qu'on allume autour de vous ne sont pas mal non plus...





Effet Mc Gurk
La vue et l'ouïe s'enrichissent également pour interpréter certains signaux ambigüs. Par exemple les singes et les bébés -dès leurs premières semaines- sont capables de faire correspondre le son d'une syllabe avec la bonne vidéo du mouvement des lèvres. Cette association se fait à notre insu, au risque de nous jouer des tours, si le son et l'image sont incohérents: regardez et écoutez la vidéo suivante.
Une première fois avec le son et l'image
Puis avec le son tout seul (en fermant les yeux)
Enfin, juste avec l'image (en coupant le son)

Avec le son et l'image vous devriez normalement entendre da-da, da-da, da-da
Sans le son, vous lisez sur les lèvres ga-ga, ga-ga, ga-ga: c'est effectivement ce que le barbu disait dans sa secte étrange.
Sans l'image, vous entendez ba-ba ba-ba ba-ba. Etrange non? En réalité on a enregistré un barbu d'une autre secte (celle des ba) et on a associé la vidéo du premier avec la bande-son du second.
Pour concilier ce qu'on lit sur les lèvres avec ce qu'on entend, notre cerveau fait une espèce de compromis et nous invente une autre secte, celle des da-da, da-da, da-da. C'est l'effet Mc Gurk, découvert dans les années 70, qui a mis en évidence le rôle de certaines aires du cerveau pour assurer la cohérence entre informations visuelles et auditives.

D'autres illusions auditives...
Pas besoin des yeux pour tromper nos oreilles. Voici la version sonore de la "vis sans fin": le Glissando en spirale de Jean-Claude Risset. Rejouez-la quand c'est fini...


On a l'impression très nette que le son monte sans arrêt et revient pourtant toujours à son point de départ! Cette spirale est un raffinement du procédé inventé par Roger Sheppard avec des notes discontinues en 1964.

Le petit schéma illustre comment ça marche. Chaque carré est une note; toutes les notes d'un même axe vertical sont jouées en même temps et sont séparés d'une octave: on entend donc à chaque instant 3 ou 4 fois la même note (do par exemple) jouée sur 3 ou 4 octaves différents. La couleur du carré indique l'intensité de la note: les notes du milieu (en jaune) sont jouées plus fort, les notes les plus graves (en bas, en violet) sont introduites très doucement. Les notes aiguës sont jouées de plus en plus doucement jusqu'à disparaître. Grâce à ce montage astucieux on a l'impression d'une échelle de son qui n'en finit pas de monter!

Queen a utilisé cet effet dans Tie your Mother Down dans les trente secondes qui suivent l'introduction du morceau: le son monte, monte, monte!

Sur le même principe on peut concevoir un clavier dont il est impossible de trouver la note la plus haute: allez jouer sur ce site (en anglais) où j'ai trouvé toutes ces drôles d'illusions auditives...

Il existe plein d'autres phénomènes acoustiques étranges: si vous ne craignez pas de vous écorcher un peu les oreilles, je vous recommande:
- ce site sur les illusions auditives, avec en particulier la mélodie des silences qui exploite le fait que l'on n'entend beaucoup moins un son qui se prolonge que le même son après un court silence;
- les illusions (un poil trop stridentes à mon goût) de Diana Deutsch, grande spécialiste américaine du sujet,
- le numéro spécial de "Pour la Science" (nov 2008) sur les sons et la musique...