Cognition auditive verbale et musicale : développement chez l’enfant et marqueurs neurophysiologiques

Musical and verbal auditory cognition : child development and neurophysiological markers

• Auteur / Autrice : Jérémie Ginzburg
• Direction : Anne Caclin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 16/11/2023
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Neurosciences et Cognition (NSCo) (Lyon)
• 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 : Anne Caclin, Marie Gomot, Daniel Pressnitzer, Pascal Barone, Gaën Plancher
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marie Gomot, Daniel Pressnitzer

Mots clés

Mots clés contrôlés

Troubles de l'apprentissage

Chez l'enfant

Mémoire à court terme

Enfants -- Développement

Cognition

Perception auditive

Troubles du langage -- Chez l'enfant

Mots clés libres

Cognition auditive

Mémoire à court terme

Musique

Langage

FNIRS

Développement

Troubles des apprentissages

Perception dans le bruit

Auditory cognition

Short-term memory

Music

Language

FNIRS

Development

Learning disorders

Speech-in-noise

Résumé

Les processus auditifs centraux jouent un rôle essentiel dans de multiples aspects de la vie quotidienne et sont particulièrement importants pour le développement de l’enfant. Les enfants souffrant de troubles du langage présentent souvent des déficits de cognition auditive, notamment pour la perception de la parole dans le bruit, l'attention auditive et la mémoire à court terme (MCT) auditive. Ceci souligne la nécessité d'examiner les processus auditifs centraux tôt dans l'enfance afin d’alerter sur les futures potentielles difficultés d'acquisition du langage et de la lecture. En particulier, de nombreuses études ont suggéré que la MCT auditive joue un rôle important dans le déficit phonologique qui serait à l'origine des troubles de l'apprentissage associés au langage. En outre, les déficits de la MCT auditive régulièrement associés aux troubles de l'apprentissage ne concernent pas seulement la MCT pour le matériel verbal, mais aussi pour le matériel musical. Bien que les études comportementales au cours du développement soient importantes pour améliorer notre connaissance des étapes de maturation que subissent ces processus auditifs, l'étude neurophysiologique de ces processus permet une cartographie plus approfondie et plus précise de leur dynamique au cours du développement. Une technique de neuro-imagerie relativement nouvelle, la spectroscopie fonctionnelle proche-infrarouge (fNIRS), est particulièrement adaptée pour de telles investigations. Dans ce travail de thèse, nous avons d'abord mené deux études comportementales dans lesquelles nous avons testé 100 enfants âgés de 5 à 10 ans sur leur capacité de perception de la parole dans le bruit et sur leur MCT auditive pour du matériel musical et verbal. Nous avons montré que ces deux processus n'étaient pas matures à l'âge de 10 ans et qu'ils subissaient une étape de maturation décisive vers l'âge de 7 ans. De plus, nous avons fourni des preuves de l'existence de mécanismes communs et distincts pour les processus sous-tendant la MCT musicale et verbale. Nous avons ensuite mené deux études neurophysiologiques dans lesquelles nous avons examiné la MCT auditive pour le matériel musical et verbal à l'aide de la fNIRS. Dans la première étude, nous avons mené deux expériences chez des adultes sains dans lesquelles nous avons montré l’engagement des régions préfrontales latérales dans des tâches de MCT auditive par rapport à des tâches de perception, confirmant ainsi des résultats d’études de neuro-imagerie antérieures. En outre, nous avons montré que le gyrus frontal inférieur (IFG) répondait de manière paramétrique à l'augmentation de la charge mnésique pour les tâches de MCT musicales et verbales. Enfin, nous avons observé une implication paramétrique différente de l’IFG pour le matériel musical et verbal, suggérant que la fNIRS peut capturer de manière fiable les changements dynamiques en relation avec les stratégies utilisées pour le matériel musical et verbal. Dans la deuxième étude, en cours de réalisation, nous étudions l'engagement des régions préfrontales latérales dans la MCT auditive pour du matériel musical et verbal chez des enfants au développement typique et des enfants souffrant de troubles de l'apprentissage liés au langage. Les premiers résultats obtenus chez 11 enfants au développement typique confirment l'intérêt de la fNIRS pour l’étude de l'implication des aires préfrontales dans la MCT auditive au cours du développement typique et atypique. Dans l'ensemble, ce travail de thèse a permis d'acquérir des connaissances sur le développement des processus auditifs centraux au cours de l’enfance, soulignant leur importance dans l'acquisition harmonieuse du langage et de la lecture par les enfants. De plus, nous avons démontré que la fNIRS est bien adaptée à l'exploration des processus auditifs centraux chez les adultes et chez les enfants au développement typique et atypique.

Central auditory processes play a pivotal role in various aspects of everyday life and are particularly important for the comprehensive development of children, as they form the foundation for effective communication, language, and reading skills. Children with language-related disorders indeed often show impairments in auditory cognitive processes such as speech-in-noise perception, auditory attention, and auditory short-term memory (STM). This fact stresses the need to screen central auditory processes early in childhood in order to provide information about potential future language and reading acquisition difficulties. In particular, numerous studies have suggested that auditory STM plays a substantial part in the core phonological deficit that language-related learning disorders are thought to arise from. Moreover, the consistently observed auditory STM impairments in learning disorders does not only concern STM for verbal material but also musical material, suggesting for some cases a domain-general impairment of STM that goes beyond phonological material. While behavioral studies during development are important to increase our knowledge of the maturation steps that such auditory processes undergo, the neurophysiological investigation of these processes allow for a more in-depth and precise mapping of their dynamics during development. One relatively new neuroimaging technique, functional near-infrared spectroscopy (fNIRS), stands out for such investigations as it is silent and has minimal physical constraints, making it an ideal candidate for the investigation of the auditory modality in children and clinical populations. In the present work, we first conducted two behavioral studies in which we tested 100 children from 5 to 10 years old on speech-in-noise perception and auditory STM for musical and verbal material. We showed that both processes were not mature by 10 years of age and that both processes undergo a decisive maturation step around 7 years of age. Moreover, we uncovered evidence for shared (e.g., similar developmental trajectory) and distinct (e.g., correlation between musical STM and speech-in-noise perception, but not verbal STM) mechanisms for musical and verbal STM. We then conducted two neurophysiological studies in which we investigated auditory STM for musical and verbal material using fNIRS. In the first study, we conducted two experiments on healthy adults in which we showed the involvement of lateral prefrontal regions in auditory STM tasks when compared to perception tasks, thus confirming previous neuroimaging literature. Moreover, we showed that the inferior frontal gyrus (IFG) parametrically responded to the increase of memory load for musical and verbal STM. Finally, we uncovered a different parametric involvement of the IFG for musical and verbal material, suggesting that fNIRS can reliably capture dynamic changes in relation to the strategy used for musical and verbal material. In the second ongoing fNIRS study, we are investigating the lateral prefrontal engagement in auditory STM for musical and verbal material in typically developing children (TD) and children with language-related learning disorders. Initial evidence in 11 TD children confirms the interest of fNIRS to study the involvement of prefrontal areas in auditory STM during typical and atypical development. Overall, this PhD work brings knowledge about the development of central auditory processes, highlighting their importance in children’s harmonious language and reading acquisition. Moreover, we provide evidence for the well-suitedness of fNIRS to explore central auditory processes in healthy adults and children with typical and atypical development.