Représentations sensorimotrices dans la perception des phonèmes natifs et non natifs

Sensorimotor representations for native and non-native phoneme perception

• Auteur / Autrice : Tzu-Yi Tseng
• Direction : Véronique Boulenger, Claudio Brozzoli
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences cognitives - neurosciences cognitives
• Date : Soutenance le 21/01/2025
• Etablissement(s) : Lyon 2
• Ecole(s) doctorale(s) : NSCo - Neurosciences et Cognition
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Dynamique Du Langage (1994-...)
• Jury : Président / Présidente : Noël Nguyen
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Véronique Boulenger, Claudio Brozzoli, Claudia Gianelli, Kristof Strijkers, Alice Roy
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Claudia Gianelli, Kristof Strijkers

Mots clés

Mots clés contrôlés

Phonématique

Perception de la parole

Aire motrice

Intégration sensorimotrice

Mots clés libres

Perception de la parole

Intégration sensorimotrice

Phonèmes étrangers

IRMf

Cortex moteur

Traits phonétiques

Speech perception

Sensorimotor integration

Foreign phonemes

Fmri

Motor Cortex

Phonetic Features

Résumé

Les théories incarnées de la cognition considèrent le langage comme ancré dans le système sensorimoteur. Les preuves convergent pour montrer que la perception de la parole induit des activations dans les zones sensorimotrices du cerveau impliquées dans la production de la parole. Notamment, une activité motrice est suscitée lors de la perception de phonèmes natifs et non natifs, et elle est organisée somatotopiquement en fonction du lieu d’articulation des phonèmes natifs. L’activité motrice reflète ainsi spécifiquement les caractéristiques articulatoires des sons de parole entendus : écouter des consonnes bilabiales et dentales active respectivement les représentations motrices corticales des lèvres et de la langue. Cependant, certaines études n’ont pas reproduit cette cartographie somatotopique dans le cortex moteur lors de la perception de phonèmes issus de la langue maternelle, tandis que d’autres ont montré un recrutement prémoteur uniquement lorsque les sons de parole sont dégradés mais identifiables. Ainsi, la nécessité et le rôle de l’activation motrice dans le traitement des sons de parole natifs et non natifs, qu’ils soient intacts ou dégradés, restent incertains. Lorsque la parole dans la langue maternelle est masquée par du bruit ou que les sons proviennent d’une langue étrangère, les régions motrices semblent soutenir la perception de la parole en récupérant les caractéristiques articulatoires ancrées dans le système de production de la parole. Compte tenu de cette contribution motrice, la question se pose de savoir si un entraînement engageant les régions motrices pourrait améliorer l’apprentissage et le traitement des phonèmes non natifs.Cette thèse vise à explorer le traitement sensorimoteur lors de la perception de la parole à travers une étude expérimentale utilisant l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) et une revue des paradigmes d’apprentissage des langues étrangères basés sur un entraînement sensorimoteur. Dans l’étude expérimentale, nous avons combiné des mesures comportementales et en IRMf, et mené des analyses multivariées pour examiner comment les régions sensorimotrices encodent et sont activées en fonction des caractéristiques phonétiques des phonèmes natifs et étrangers dans des conditions perceptuelles optimales et dégradées. Nos résultats montrent que l’activité évoquée par les mouvements articulatoires des lèvres et de la langue dans le gyrus précentral prédit l’activation corticale pour les consonnes labiales et dentales de la langue maternelle lorsqu’elles sont dégradées, illustrant le codage somatotopique des traits articulatoires dans le cortex moteur. De plus, les patrons d’activation sensorimotrice associés à la perception des phonèmes natifs et non natifs reflètent la similarité phonétique entre les sons de parole au sein d’une même langue et entre les deux langues. Dans la revue de littérature, nous présentons d’abord les travaux sur le traitement de la parole dans le cadre de la cognition incarnée, en soulignant le rôle fonctionnel du cortex moteur dans la perception de la parole. Nous discutons de la contribution potentielle de l’activité sensorimotrice à l’apprentissage des langues étrangères, notamment pour les phonèmes, à travers des entraînements gestuels renforçant l’ancrage des caractéristiques articulatoires des phonèmes non natifs. Enfin, nous proposons des perspectives pour le développement de paradigmes d’entraînement ainsi que pour de futures études en neuroimagerie fonctionnelle afin de combler les limites identifiées dans la littérature.

Embodied theories of cognition consider language as grounded in the sensorimotor system. Converging evidence shows that speech perception induces activations of sensorimotor brain areas that are involved in speech production. Notably, motor activity is elicited during both native and non-native phoneme perception, and it is somatotopically organized depending on the place of articulation of native phonemes. Specific motor activity is elicited depending on distinct articulatory features: listening to bilabial and dental consonants activates the cortical motor representations of the lips and the tongue, respectively. However, some studies have not replicated this precise somatotopic mapping within the motor cortex for native speech perception, while others have shown premotor recruitment only when speech sounds are degraded yet identifiable. Thus, the necessity and role of motor activation in processing both native and non-native, as well as clear and degraded, speech sounds remain uncertain. When speech in the native language is distorted by noise, or when sounds come from a foreign language, motor regions seem to support speech perception by retrieving articulatory features that are grounded in the speech production system. Given this motor contribution, the question arises of whether training that engages motor regions might enhance the learning and processing of non-native phonemes.This thesis aims to explore sensorimotor processing in speech perception through an experimental study using functional magnetic resonance imaging (fMRI) and a review of foreign language learning paradigms with sensorimotor training. In the experimental study, we combined behavioral and fMRI measures and conducted Multivariate Pattern Analyses (MVPA) to investigate how sensorimotor regions are activated as a function of, and encode the phonetic features of native and foreign phonemes under optimal and degraded perceptual conditions. We show that neural activity for lip and tongue articulatory movements in the precentral gyrus predicts neural activation for bilabial and dental degraded native consonants, thus highlighting somatotopic coding of articulatory features in the motor cortex. Moreover, sensorimotor neural patterns associated with the perception of native and non-native phonemes reflect the phonetic similarity between speech sounds both within and between the two language repertoires. In the review article, we first outline current findings on speech processing in the context of embodied cognition, highlighting the functional contribution of the motor cortex to speech perception. We discuss the contribution of sensorimotor activity to foreign language learning, especially for phonemes, through gestural training that strengthens the embodiment of foreign articulatory features. Finally, we propose potential developments in training paradigms and directions for future neuroimaging studies to address existing gaps in the literature.This thesis therefore contributes to ongoing discussions on motor resonance in native speech perception, especially under challenging conditions, as well as addresses gaps in understanding the motor contribution to non-native phoneme perception. Our fMRI study provides solid empirical evidence that the motor system, in conjunction with the auditory system, is fundamental to speech perception. We corroborate the sensorimotor nature of speech processing, both for native and non-native languages, thus opening pathways for advancements in foreign language learning. By offering an overview of sensorimotor training paradigms, together with neuroimaging evidence for central sensorimotor processes in speech perception, our research lays a foundation for future investigations exploiting the embodied nature of language processing.