Essentials: The Science of Learning & Speaking Languages | Dr. Eddie Chang

Le professeur Andrew Huberman et le Dr Eddie Chang discutent de la neurobiologie de la parole et du langage. La parole est définie comme le signal de communication produit par le mouvement de la bouche et du tractus vocal pour générer des mots. Le langage, en revanche, est un concept plus large qui englobe la pragmatique (compréhension du sens général), la sémantique (signification des mots et des phrases) et la syntaxe (structure grammaticale des mots). La parole est une forme de langage, mais il en existe d'autres, comme la langue des signes et la lecture. La recherche du Dr Chang se concentre sur la production du signal audio de la parole. Ce processus complexe commence par l'expiration de l'air des poumons. Le larynx, ou boîte vocale, joue un rôle crucial en rapprochant les cordes vocales (qui sont en réalité des plis vocaux) pendant l'expiration. Lorsque l'air traverse ces plis, ils vibrent à haute fréquence, produisant le son de la voix. La taille du larynx explique les différences de qualité vocale entre les hommes (environ 100 Hz) et les femmes (environ 200 Hz). L'énergie sonore générée par le larynx remonte ensuite le tractus vocal (pharynx, cavité buccale, langue, lèvres) où elle est modelée pour créer les consonnes et les voyelles. Les vocalisations non apprises, comme les pleurs ou les rires, sont distinctes de la parole. Bien qu'elles impliquent également l'expiration d'air et la phonation au niveau du larynx, elles sont produites par des zones cérébrales différentes de celles du langage. Les personnes souffrant de lésions dans les zones de la parole et du langage peuvent souvent encore vocaliser. Ces zones de vocalisation sont plus primitives et se retrouvent même chez les primates non humains. Le Dr Chang mène des travaux révolutionnaires pour permettre aux personnes paralysées de communiquer grâce à des interfaces cerveau-machine. Certaines conditions, comme les accidents vasculaires cérébraux du tronc cérébral ou la sclérose latérale amyotrophique (SLA), peuvent entraîner un état de "locked-in syndrome", où une personne a une cognition et une conscience intactes mais ne peut ni bouger ni parler. L'objectif est d'intercepter les signaux neuronaux du cortex cérébral lorsque la personne tente de prononcer des mots, de les traduire via un ordinateur et de les afficher sous forme de texte. Le Dr Chang décrit un essai clinique, le Bravo trial, dont le premier participant était un homme paralysé depuis 15 ans à la suite d'un accident de voiture. Malgré une intelligence intacte, il ne pouvait communiquer qu'en tapant des lettres une par une sur un clavier à l'aide d'un bâton attaché à sa casquette et contrôlé par des mouvements résiduels du cou. Lors de la chirurgie, des électrodes ont été implantées sur les zones du cerveau contrôlant le tractus vocal (larynx, lèvres, langue, mâchoire) et connectées à un port vissé au crâne. Un algorithme d'apprentissage automatique a été entraîné pendant des semaines pour interpréter les signaux cérébraux et les traduire en mots. Le participant a montré une grande joie en voyant les mots apparaître sur l'écran. Initialement, le système a été entraîné avec un vocabulaire de 50 mots, mais il est en constante expansion. L'utilisation de modèles computationnels pour prédire les combinaisons de mots possibles et l'intégration de fonctions d'autocorrection (similaires à celles utilisées dans la messagerie texte) améliorent considérablement la précision du décodage. C'était la première fois qu'une personne paralysée pouvait créer des mots et des phrases directement décodés à partir de son activité cérébrale. Concernant l'augmentation des capacités humaines par les neurotechnologies, le Dr Chang souligne que l'amélioration des fonctions n'est pas un concept nouveau (café, nicotine, médicaments). Cependant, les neurotechnologies invasives, notamment celles qui nécessitent une chirurgie à des fins non médicales, soulèvent des questions éthiques importantes. Bien que la technologie ne soit pas encore capable d'atteindre des fonctions "supra-humaines" comme une mémoire illimitée, des améliorations plus subtiles et incrémentales sont à prévoir. Les systèmes naturels de parole et de communication ont évolué sur des millions d'années et sont soutenus par des millions de neurones, ce qu'aucune technologie actuelle ne peut égaler. Il est crucial de débattre des implications sociétales, de l'accès à ces technologies et de leurs bénéfices réels. Le Dr Chang explore également l'intégration des expressions faciales dans les interfaces cerveau-machine. Les expressions non verbales sont une partie essentielle de la communication, fournissant des indices sur la compréhension et les émotions. De plus, voir les mouvements de la bouche d'une personne améliore l'intelligibilité de la parole. L'objectif est de créer des avatars animés par ordinateur qui reflètent non seulement la parole, mais aussi les expressions faciales et les mouvements de la bouche de la personne paralysée, offrant une forme d'expression plus complète et naturelle. Cela est particulièrement pertinent à mesure que les interactions sociales se déplacent vers les espaces numériques et virtuels, permettant aux personnes handicapées de participer plus pleinement. Ces avatars pourraient également servir de rétroaction pour aider les utilisateurs à apprendre à utiliser les neuroprothèses de parole. Concernant le bégaiement, le Dr Chang explique que c'est un problème de parole, pas de langage. Les idées, les significations et la grammaire sont intactes, mais la production fluide des mots est altérée. Le bégaiement affecte l'articulation et la coordination précise des mouvements du tractus vocal. Il existe une prédisposition génétique au bégaiement, et l'anxiété peut le provoquer ou l'aggraver, sans en être la cause première. La cause exacte reste floue, mais elle est liée à des dysfonctionnements dans la coordination cérébrale nécessaire à la parole fluide. Le traitement typique implique des thérapies de la parole, souvent axées sur l'initiation des mots et la gestion des conditions qui favorisent la fluidité. Le retour auditif (ce que nous entendons de notre propre parole) est également très important, et sa modification peut influencer le bégaiement, suggérant une interaction complexe entre les commandes motrices et la perception auditive dans le cerveau. Le Dr Huberman exprime sa gratitude pour le travail spectaculaire du Dr Chang, soulignant son rôle à la pointe de l'exploration et de l'application scientifique, notamment à travers les bénéfices apportés à des patients comme Poncho.