Etude de l'effort d'écoute par pupillométrie : une approche méthodologique

Use of pupillometry in the assessment of listening effort : a methodological approach

• Auteur / Autrice : Lou Seropian
• Direction : Annie Moulin, Aurélie Bidet-Caulet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 03/12/2021
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Neurosciences et Cognition (NSCo) (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Recherche en Neurosciences de Lyon (Bron ; Saint-Priest-en-Jarez ; 2011-....)
• Jury : Président / Présidente : Éric Truy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Annie Moulin, Aurélie Bidet-Caulet, Marie Gomot, Guillaume Andeol, Nicolas Guevara
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marie Gomot, Guillaume Andeol

Mots clés

Mots clés contrôlés

Attention sélective auditive

Effort d'écoute

Perception auditive

Neurosciences

Mots clés libres

Effort d'écoute

Perception auditive dans le bruit

Attention sélective auditive

Activité cognitive

Vigilance

Pupillométrie

Électroencéphalographie

Patient âgé malentendant

Listening effort

Auditory perception in noise

Auditory selective attention

Cognitive activity

Arousal

Pupillometry

Electroencephalography

Older hearing-impaired patients

Résumé

Notre environnement sonore quotidien est un mélange acoustique complexe, qui doit être traité et filtré, pour accéder aux informations auditives pertinentes. Les processus simultanés de sélection d'un son en particulier et d'inhibition de l'information non pertinente, nécessitent donc des ressources cognitives. Le déploiement de ces ressources pour comprendre un message sonore induit donc un effort d'écoute, et plus particulièrement dans les environnements bruyants. Depuis deux décennies, l'effort d'écoute a été étudié via un important panel de méthodes. Le travail de cette thèse a pour but d'apporter de nouvelles perspectives à l'étude de l'effort d'écoute, dans un premier temps par l'utilisation de la pupillométrie, puis en s'appuyant la complémentarité de différentes mesures (subjectives, comportementales et objectives). Une étude méthodologique a d'abord été menée sur les données de pupillométrie enregistrées pendant une tâche de reconnaissance de mots dans le bruit, chez des patients âgés malentendants, avec ou sans leur aide auditive. Plusieurs méthodes d'analyse ont été comparées, dont différentes techniques de normalisation, périodes de ligne de base et durées de ligne de base. Alors que les différentes méthodes de normalisation ainsi que durées de ligne de base ont donné des résultats similaires, le choix de la période de ligne de base a eu une influence déterminante sur les conclusions de l'étude. En effet, des processus cognitifs d'anticipation, liés à la mobilisation de l'attention avant la présentation des stimuli, ont pu être observés sur la dilatation pupillaire, lorsque la période de ligne de base était la plus antérieure à la présentation des mots. Ces différences de dilatation pupillaire ont pu être observées même lorsque l'intelligibilité était parfaite, soulignant la pertinence de la pupillométrie comme mesure objective de l'effort d'écoute. Le deuxième axe de cette thèse se concentre sur les résultats d'études empiriques, dans lesquelles plusieurs mesures permettant d’appréhender l’effort d’écoute, dont la pupillométrie, ont été conjointement utilisées. Les études empiriques ont été menées (1) chez les patients âgés malentendants en utilisant des mesures subjectives de l'effort d'écoute et la pupillométrie pendant une tâche de reconnaissance de mots dans le bruit, (2) chez les jeunes adultes normo-entendants en utilisant la pupillométrie et l'électroencéphalographie de scalp pendant une tâche de discrimination dans le bruit. L'absence de corrélation entre les scores d'auto-évaluation de difficulté de la tâche et les réponses pupillaires chez les patients malentendants suggère que les deux mesures évaluent différents aspects de l'effort d'écoute. Les réponses pupillaires permettent d'observer des processus d'anticipation, alors que les mesures subjectives décrivent l'effort global perçu pendant la tâche. Chez les jeunes adultes normo-entendants, les modulations des réponses corticales observées grâce à l'électroencéphalographie, étaient liées au traitement de la stimulation et à l'inhibition de la source sonore non pertinente pendant la discrimination. Les réponses pupillaires, enregistrées simultanément, ont apporté des informations concernant l'état de vigilance des participants pendant la tâche. Les résultats de ces deux études suggèrent donc que les différentes mesures se complémentent, et que leur combinaison aide à la compréhension des divers processus cognitifs impliqués dans l'effort d'écoute. Dans l'ensemble, ce travail de doctorat apporte de nouvelles connaissances sur l'utilisation et le traitement du signal de pupillométrie. Il souligne également la pertinence et les contributions de la pupillométrie dans l'étude de l'effort d'écoute. Enfin, il montre la complémentarité des mesures objectives et subjectives dans l'étude de l'effort d'écoute, appuyant l'hypothèse que l'effort d'écoute est multidimensionnel.

Our everyday listening environment is a complex acoustic mixture that needs to be processed and filtered in order to access relevant auditory information. Cognitive resources are then required for the selective processing of a particular sound stream, and simultaneous filtering of irrelevant information. The engagement of these cognitive resources to understand an auditory message, leads to listening effort, especially in noisy environments. Listening effort has been investigated in the last two decades, using a large panel of methods. The work of this thesis aims at bringing new insights on the investigation of listening effort, first with the use of pupillometry, then based on the complementarity of different measures (subjective, behavioral and objective). A methodological investigation was first conducted on pupillometry data recorded during a word-in-noise task, among older hearing-impaired patients, with and without hearing-aids. Several analysis methods were compared, including different normalization techniques, baseline periods, and baseline durations. While the different normalization methods and baseline durations showed similar results, the choice of the baseline period turned out to have a crucial influence on conclusions. Indeed, anticipatory, pre-stimulus cognitive processes, such as attention mobilization were observed on pupil dilation when the baseline period was the most anterior, relative to the stimulus onset. The differences in pupil dilation were observed even at perfect intelligibility, highlighting the relevance of pupillometry as an objective measure of listening effort. The second axis of this work focused on the results of empirical studies in which several measures, including pupillometry, were concurrently used to assess listening effort. Empirical studies were conducted (1) in older hearing-impaired patients using subjective measures of effort and pupillometry during a word-in-noise task, (2) in normal-hearing young adults using pupillometry and sclap electroencephalography during a discrimination in noise task. The lack of correlation between self-assessed difficulty of the task and pupil responses in hearing-impaired listeners, suggests that the two measures address different aspects of effortful listening. Pupil responses allowed for the observation of anticipation processes, even at perfect intelligibility, while subjective measures described the overall perceived effort during the task. In normal-hearing young adults, the modulations of the cortical responses observed thanks to electroencephalography, were linked to the processing of the stimulation and the inhibition of the irrelevant sound source during discrimination. Pupillary responses, recorded simultaneously, brought information on participants' arousal state during the task. Results of both studies then suggest that the different measures complement each other, and that their combination can help for the understanding of the different cognitive processes involved during effortful listening. Overall, this PhD work brings insights on the use and processing of the pupillometric signal to explore listening effort. It also underlines the relevance of the use of pupillometry and its contribution for the study of listening effort, among distinct populations. Finally, it shows the complementarity of subjective and objective measures during the assessment of listening effort, supporting the idea that it is a multidimensional construct.