1.5. intelligibilité dans le bruit et asymétrie auditive

« Implant Cochléaire et Prothèse controlatérale:
quelques bases physiologiques »
Professeur Lionel COLLET Directeur de UMR CNRS 5020 Lyon
Georric, Paris, 24 mai 2002
INTRODUCTION
-
L’ors d’une conférence au NIH (INSERM américain) sur les aspects développementaux
liés à l'implant cochléaire a été affirmé:
"50% des implantés ayant une perte auditive controlatérale pouvant bénéficier d'une prothèse
conventionnelle, porte une prothèse dans cette oreille"
- Au Symposium européen de l'IC pédiatrique ( 2002 )
R. Tyler: "IC et prothèse auditive" concluait à la nécessité de *l'adaptation optimum de
chaque prothèse
*l'appariement de sonie
*travaux sur la localisation spatiale
1. BINAURALITÉ ET PHYSIOLOGIE
1.1. INTRODUCTION : L’étude de la binauralité conduit à rappeler
l’existence de :
voies de la cochlée au cortex, mais aussi du cortex vers la cochlée…
Cortex
↔
Thalamus
↑
Colliculus Inférieur
↔
Noyau cochléaire
↑
Complexe olivaire supérieur
↔
Cochlée
1.2. LOCALISATION SPATIALE
La meilleure localisation spatiale en binauralité est bien connue
1.3. SENSIBILITÉ ACCRUE DE 3DB
Ce phénomène a longtemps été interprété comme un phénomène de sommation centrale, mais
les statisticiens ont émis une autre hypothèse: ajouter une oreille accroît la probabilité de
détection du signal.
XP: Quand on met 2 personnes dans une cabine, qui écoutent chacune d'une oreille, on
obtiendrait également une l'augmentation de 3dB!
Effet aléatoire!
1
1.4. ASYMÉTRIE AUDITIVE: QUELQUES ÉLÉMENTS NOUVEAUX
Le choix de l’oreille à implanter, repose souvent sur des arguments périphériques mais pas
assez sur le traitement central…car les cortex temporaux gauche et droit traitent les signaux
différemment.
Rappel des modèles d'asymétrie corticale
• Dominance de l'hémisphère gauche (HG) (Broca)
• Spécialisation fonctionnelle et partage des compétences entre les 2 hémisphères
• Spécialisation hémisphérique selon le mode de traitement (analytique ou holistique):
classiquement, on trouve chez le droitier:
- dans l'HG: pensée analytique, logique, langage, math
- dans l'Hémisphère Droit (HD): pensée concrète, globale, intuitive, émotionnelle
Ceci est simpliste, car les poids des hémisphères sont relatifs!
Mais des asymétries auditives centrales demeurent:
• 96% des droitiers ont le langage dans l'HG (Rasmussen & Milner, 1977)
mais avec aussi une implication de l'HD (Chiarello, 1988)
• Avantage de l'HD pour la perception des sons musicaux (Kimura, 1964) sauf pour les
musiciens (Maziotta & coll, 1982) les musiciens traiteraient la musique comme les non
musiciens traitent les signaux de parole.
• Il existe une latéralisation de la prosodie selon sa fonction
Asymétrie auditive fonctionnelle:
HG traite des stimuli auditifs complexes, rythmiques et tactiles présentés en séquences,
traitement des transitions fréquentielles rapides (formantiques) (Belin & coll, 98) =
traitement TEMPOREL du signal
- HD traite des stimuli auditifs simples, discrets, unidimensionnelles ou globaux (Molfese,
80), la discrimination des hauteurs de sons complexes (Sidtis, 80) = Traitement
SPECTRAL du signal la tonotopie est très bien dessinée à droite mais reste très grossière
à gauche)
-
1.5. INTELLIGIBILITÉ DANS LE BRUIT ET ASYMÉTRIE AUDITIVE
Chez le normoentendant, les performances dans le bruit sont liées à la présence d'une 2ème
oreille mais sont également asymétriques.
1.5.1.
Ecoute dichotique (dans le silence et dans le bruit)
Principe: On fait écouter 2 mots différents dans chaque oreille: est-ce que rajouter du bruit va
modifier le traitement central?
1. Dans le silence, en écoute dichotique, chez le droitier, est mis en évidence un avantage des
mots présentés à l'oreille droite (HG: mots plus facilement reconnus, répétés)
mais cet avantage diminue dans le bruit et parfois même, il s'inverse!
le traitement central est différent dans le silence et dans le bruit!
Le masquage des signaux de parole par du bruit pourrait modifier la latéralisation du
traitement de la parole!
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2. Etude sur l'écoute dichotique dans le bruit (Veuillet & al, 2002)
Ecoute syllabique dans le silence: OD > OG
Dans le bruit: différence non significative OD/OG!
1.5.2.
Identification syllabique
Principe: on utilise un continuum de ba à pa, fabriqué à partir de la syllabe "ba" naturelle, la
durée du voisement a été réduite par pas de 5ms. On a donc 16 syllabes de durée du voisement
différente (VOT), présentées 5X OD et 5X OG aléatoirement, le sujet doit pointer du doigt la
syllabe reconnue.
C'est de la perception catégorielle.
Dans le silence, ce qui est présenté à l'OD est prédominant (normal: HG= traitement temporel
rapide, traitement de voisement mieux perçu à l'OD)
Dans le bruit, un décalage apparaît , le bruit supprime une partie de l'information liée au
voisement, mais ce décalage est beaucoup moins marqué à l'OG!
le bruit modifiera différemment le traitement du voisement selon qu'il est présenté dans
l'OD ou dans l'OG!
1.5.3.
Conclusion
Il existe des arguments neuropsychologiques en faveur dune modification de la latéralisation
centrale du traitement des signaux de parole lorsqu'ils sont présentés dans du bruit.
Il faut donc raisonner différemment sur les spécialisation hémisphériques dans le silence et
dans le bruit.
Les physiologistes ont voulu objectiver cette inversion de latéralisation:
Shtyrov & al 1998: étude sur des syllabes comparées dans le silence et le bruit blanc, mesure
d'une onde HG/HD:
Dans le silence: HG> HD (onde plus importante à gauche)
Dans le bruit: avantage inversé!
Notre laboratoire est également en train de mener une étude sur l'activation des zones du
cerveau après écoute d'un mot: dans le silence: l'HG est + activé, mais chez le même sujet, le
même signal dans le bruit active plus l'HD que l'HG!
Il existe donc des arguments neurophysiologiques en faveur d’une modification de la
latéralisation centrale du traitement des signaux de parole lorsqu'ils sont présentés dans du
bruit.
2. BINAURALITÉ ET PRIVATION AUDITIVE
La privation auditive, lorsqu'elle apparaît en périphérie, génère une réorganisation appelée
plasticité cérébrale fonctionnelle de privation auditive.
On sait que les systèmes nerveux adultes sont capables de réorganisation suite à des
modifications environnementales (lésions cochléaires, appareils auditifs)…Et c'est d'autant
plus évident chez l'enfant.
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2.1. LA PRIVATION AUDITIVE UNILATÉRALE
Popelar & coll, 94: étude de l'amplitude relative de la réponse évoquée ipsilatéralement et
controlatéralement dans le colliculus inférieur sur des animaux, après destruction d'une
cochlée:
Au fil des jours, on observe une augmentation de l'amplitude de certaines ondes du côté de la
lésion alors que cela reste stable du côté sain. Ce phénomène s'observe avec des signaux de
différentes fréquences.
Lorsqu'on détruit une cochlée, on lève des inhibitions que cette cochlée envoyait sur
certains centres et on augmente les réponses physiologiques du côté de la cochlée détruite.
Les voies centrales du côté de la cochlée détruite ne meurent donc pas mais sont réactivées
par levées d'inhibitions.
Etude chez l'homme: Scheffler & coll, 1998:
Chez un sujet normo entendant, la stimulation acoustique :
• bilatérale, provoque l'activation des 2 cortex auditifs
• monaural à l'OG, activation temporale droite
• monaural à l'OD, activation temporale gauche
Chez un sujet sourd unilatéralement à l'OD:
• le son bilatéral active les 2 aires
• le son à l'OD n'active rien (c'est un sourd à l'OD!)
• le son à l'OG active les 2 aires!!!
Chez le sujet normal, existe une activation préférentielle du cortex controlatéral tandis que
chez le sourd unilatéral, les 2 aires sont activées lorsque l'oreille saine est stimulée
( REORGANISATION CENTRALE )
Une perte auditive unilatérale n'entraîne pas une perte de fonctionnement du cortex
controlatéral
Il existe des arguments neurophysiologiques en faveur d'une modification de la
latéralisation auditive centrale après lésion unilatérale.
2.2. PRIVATION AUDITIVE BILATÉRALE MAIS D'INSTALLATION
ASYMÉTRIQUE
Thaï Van & coll, 2002: étude de l'influence de la durée de la surdité sur les PEEAP (pot.
Évoqués électriques auditifs précoces) à propos de 2 cas d'IC bilatéraux, avec un syst. MXM
binaural MAIS un seul récepteur, un seul processeur vocal et 2 porte-électrodes (sur 15
électrodes, les paires à droite (8); les impaires à gauche (7)). Ces sujets ont des surdités avant
IC de durée différentes entre les 2 oreilles!
Sujet 1: DA progressive, profonde à 12 ans à l'OD, appareillé à 45 ans à l'OG qui s'est
aggravée 1 an avant la chirurgie.
Durée de DA prof: 40 ans à l'OD et 1 an à l'OG
Sujet 2 (35 ans): Cholestéatome OG opéré à 6 ans: DA moyenne, puis brusque surdité prof en
1984 sur cette oreille. OD: DA profonde postméningite à 10 ans.
Durée de DA prof: 25 ans à l'OD et 15 ans à l'OG
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Une modification de la latence des ondes (III et V) est observée selon la durée de la perte
auditive:
Sujet 1 OG a des latences plus courtes que l'OD
Sujet 2: tracé + dégradé dans l'oreille qui a eu la plus grande privation.
Conclusion:
Les résultats électrophysiologiques (PEEAP) pour l'IC bilatéral à processeur unique: on
n'observe pas de différence entre le côté qui a la surdité la moins ancienne et un IC monaural!
Chez l'animal, il est établi que la durée influence la survie neuronale dans les noyaux auditifs
du tronc (Webster, 79 et Moore, 83) et que la réponse du colliculus inférieur diminue après
stimulation électrique cochléaire selon la durée de privation (Shirane, 91).
Chez l'homme: La durée de privation est inversement corrélée à la population du ganglion
spiral (Nadol, 89)
Il existe des arguments neurophysiologiques en faveur d'une modification du temps de
conduction selon la durée de la privation.
Mais si les PEEAP ne sont dégradés que sur une oreille, est-ce uniquement le résultat de la
durée de la privation sur cette oreille et/ou est-ce un processus de compensation par l'autre
oreille?
Quelle que soit la réponse, ce résultat traduit une REORGANISATION CENTRALE
ASYMETRIQUE
3. BINAURALITÉ ET APPAREILLAGE AUDITIF
Revue de la littérature assez pauvre…
3.1. BENEFICES DEMONTRES :
-
amélioration de la perception de la parole dans le bruit
Adjout et al (2001) comparent un appareillage monaural et binaural au niveau du
rapport signal/bruit pour 50% d’intelligibilité. Rapport S/B de –6dB en binaural et de
–4.5dB en monaural, cette différence de 1.5dB correspond à environ 12% de
performances !
- la parole apparaît plus « claire »
- amélioration de la localisation
Etude sur l’apport de la prothèse bilatérale mais vu du côté de l’usager (Kobler & col,
2001) : les gens donnent leur avis via questionnaires : ils estiment, qu’avec 2 prothèses, ils
ont une meilleure reconnaissance de la parole, une meilleure localisation et une qualité de
son supérieure.
3.2. DESAVANTAGES DE L’APPAREILLAGE BINAURAL
Effet d’interférence binaural : Jerger &coll, 1993
Les performances de la moins bonne oreille peuvent parfois dégrader celles de la meilleure
oreille en situation d’écoute diotique (que la déficience auditive soit symétrique ou
asymétrique). Cet effet serait présent chez environ 8 à 10% des presbyacousies appareillées
(pour Jerger &coll, 93) mais ce chiffre est discuté par Allen & coll, 2001.
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Selon Jerger (autre étude en 1994), l’amplification monaurale conduit à une privation auditive
qui, si elle est non traitée par une amplification binaurale, devient permanente et conduit à une
interférence binaurale !
l’appareillage unilatéral handicapera l’apport de la prothèse plus tard !
3.3. DESAVANTAGES DE L’APPAREILLAGE MONAURAL (IC !)
Les études ont porté sur les conséquences perceptives de l’amplification monaurale chez des
sujets atteints d’une déficience binaurale symétrique.
Les méthodes utilisées sont des tâches de reconnaissance de la parole, chez des patients
atteints de déficience binaurale symétrique et les mesures sont faites SANS les appareils.
L’effet de privation auditive a été postulé en 84 par Silman &coll : après 4 à 5 ans
d’appareillage, le score de reconnaissance de mots diminue de manière significative dans
l’oreille non appareillée par rapport à l’oreille appareillée.
En 1987, Gelfand &coll ont confirmé les résultats de Silman : le score de reconnaissance de
mots diminue avant et après appareillage uniquement chez des sujets appareillés
unilatéralement. (diminution de 3% du côté de l’oreille appareillée (sans appareil) et de 7 %
de l’autre côté, cette différence étant significative…).
L’effet de privation auditive se définit tel une diminution systématique des
performances auditives au cours du temps, associée à une réduction de la disponibilité
de l’information acoustique. (Arlinger &coll, 1996).
Hurley (1999) mesure le score de reconnaissance de mots mors des tests initiaux et les 2
années suivantes pour les oreilles aidées et non aidées de sujets appareillés monauralement.
Au début : scores stables et 3 ans après : oreille non aidée est beaucoup plus dégradée que
l’autre…
Les facteurs pouvant influencer l’effet de privation auditive sont connus :
- durée de l’amplification monaurale (=> pour IC, mettre rapidement la prothèse
controlatérale)
- Importance de la perte auditive
- Durée de la perte auditive
- Performances initiales de reconnaissance de mots
Rmq : l’âge, par contre ne joue PAS : on observe les mêmes effets chez les adultes jeunes
ou plus âgés, la même dégradation, à la même vitesse. Donc, même chez l’adulte, quel
que soit son âge, il ne faut pas attendre non plus !
4. BINAURALITE ET IMPLANT COCHLEAIRE
Est-ce que l’IC est à l’origine d’une plasticité cérébrale fonctionnelle ?
La dépolarisation aide puissamment au développement neurotrophique du ganglion spiral
chez l’animal (Hansen & col, 2001).
Nous pouvons émettre l’hypothèse que la réactivation des voies auditives par un IC devrait,
au moins partiellement, réduire les modifications plastiques de privation. Mais ceci reste
encore une hypothèse…même s’il existe des arguments…
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La réactivation des voies auditives par une prothèse controlatérale peut elle, au moins
partiellement, réduire les modifications plastiques de privation ???
La réponse doit-être nuancée car la prothèse peut encore stimuler les neurones, s’il reste bien
évidemment des zones pouvant être encore activées
tout repose donc sur l’audition
résiduelle controlatérale !
4.1. LE MASQUAGE CONTROLATERAL (JAMES & COL, 2001)
Le masquage controlatéral apparaît lorsque le seuil de détection d’un signal présenté dans une
oreille est accru par la présentation d’un signal (généralement simultané) dans l’oreille
opposée.
Existe-t-il des effets de masques entre la prothèse et l’implant cochléaire et réciproquement ?
(stimulation électrique vs acoustique). Plus les stimuli dans les 2 oreilles ont des
caractéristiques proches et plus probable est l’apparition du masquage.
Etude sur 12 adultes avec 1 IC Nucleus 22.
Il existe un masquage électrique et un masquage acoustique MAIS surtout une grande
variabilité interindividuelle !
Les auteurs se sont encore posés une autre question :
Existe-t-il une correspondance entre la fréquence masquée et l’électrode de stimulation ?
Un stimulus acoustique produit un masquage maximum pour une électrode plus basale que
supposée (selon la tonotopie cochléaire)…Pourquoi ?
On peut faire 2 hypothèses :
1. Il existe un « basal-shift » (déplacement basal) chez le normo entendant pour les sons
de grande intensité, et, chez les « sévère » malentendant, pour toutes les intensités=>
Si on stimule une fréquence donnée à forte intensité, la zone de stimulation sera plus
basale car la forme de la réponse entraînera un déplacement basal est fréquent (plus un
son est fort, plus il est perçu comme aigu !)…Chez le malentendant, ce déplacement
basal, puisqu’on lui présente tous les sons de manière intense
2. Un déplacement basal a lieu dans la cochlée de l’oreille appareillée, donc, ce qui est
projeté sur l’autre oreille sera plus basal !
3. Blamey & col, 96 : La stimulation électrique, en l’absence de dendrites survivantes,
active des corps cellulaires du ganglion spiral situés en position plus basale que les
cellules ciliées correspondantes sur la membrane basilaire.
Les corps cellulaires du ganglion spiral sont localisés dans le canal de Rosenthal, qui s’étend
sur 1.9 tours autour du modiolus (à comparer avec les 2.6 tours de la membrane basilaire). Or,
la stimulation électrique va directement sur le canal de Rosenthal et ce n’est donc pas
nécessairement l’endroit qui correspond à la cellule ciliée qui était à cet endroit. Ceci explique
le déplacement basal entre ce qui est émis par la prothèse et l’endroit de la cochlée stimulée
le modèle de la tonotopie cochléaire est différent en stimulation électrique !
4.2. ETUDE SUR LA SONIE (BLAMEY & COLL, 2000)
L’adaptation optimale d’un IC et/ou d’une prothèse nécessite d’évaluer la sonie avec
chaque appareillage MAIS les méthodes d’adaptation sont différentes !
Les auteurs ont compare la sonie d’un son via l’IC et via la prothèse…
Objectif : l’équilibration de sonie entre les 2 oreilles devrait permettre à l’implanté
d’utiliser des indices de sonie différente pour la localisation et avoir accès à une information
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auditive des 2 oreilles. Mais, la sonie binaurale totale doit être compressée dans la « gamme
confortable » pour l’implanté.
Etude sur 9 adultes avec un IC Nucleus 22, en utilisant le LGOB en monaural et
binaural (technique de catégorisation de sonie).
Des sons d’intensité variée sont présentés à différentes fréquences (de 250 à 4000 Hz)
dans l’oreille appareillée, 5 électrodes sont choisies de l’autre côté, en faisant varier les
niveaux de ces électrodes. A chaque présentation monaurale, le patient doit dire comment il
l’évalue (de trop fort à trop faible sur une échelle à 7 niveaux). En binaural, seuls les 5
catégories centrales sont retenues.
Les courbes de LGOB sont globalement comparables (au niveau des formes) dans
l’oreille implantée et dans l’oreille non implantée, mais les courbes isosoniques sont
différentes dans les 2 oreilles.
De plus, une sommation de sonie a été mise en évidence chez tous les implantés. Cette
sommation a été plus grande pour les stimuli dont les composants acoustiques et électriques
étaient d’égale sonie subjective. !!! Faire attention car c’est dans ce cas que l’on peut créer
des intolérances et un abandon de la prothèse !
L’équilibre de sonie entre les oreilles a un effet marqué sur la qualité des sons perçus.
Dans le pire des cas, lorsque la sensation de sonie la plus intense survient parfois dans une
oreille, parfois dans une autre de façon non prédictible, le sujet a une sensation confuse
Si ce n’est pas équilibré, il est préférable qu’existe une différence claire entre les 2
sonies.
Mais, si les signaux ne sont pas fusionnés, 2 flux sonores distincts provenant d’une
même source seront perçus, d’où des interférences avec l’organisation en flux des infos de
parole. Pour éviter ces conflits, on pourrait « assigner » une dominance d’un appareillage sur
un autre mais au prix d’une diminution de la somme d’informations auditives disponibles
pour le sujet.
L’examen des courbes iso-intensité sur une même figure par sujet montre des régions
avec de grandes différences interaurales de sonie. Certaines régions se superposent, d’autres
sont fort différentes mais ces régions ne sont pas toujours les mêmes…
L’ajustement du « volume control » de la prothèse et de la sensibilité de l’IC peuvent
être modifiés en fonction des résultats précédents…Mais l’auteur admet cependant qu’il n’est
pas possible d’obtenir un équilibre interaural de sonie satisfaisant sur toutes les fréquences
(hormis si les contours des courbes iso-intensité sont parallèles pour les 2 appareillages, ce qui
est rarissime).
Les déséquilibres de sonie constatés conduisent à ce que certains sujets ne reçoivent pas
d’informations optimales des 2 appareillages et donc qu’ils choisissent de ne pas porter les 2
simultanément.
4.3. CONCLUSION
Il semble qu’il y ait un besoin d’une compression multicanaux qui élargisse le champ
dynamique de la prothèse auditive et qu’il faut revoir les procédures d’adaptation et de
l’appareil, et de l’IC pour atteindre des réponses fréquentielles comparables dans les 2
oreilles.
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Mais les 2 appareillages ne doivent PAS être adaptés séparément pour équilibrer la sonie entre
les 2 oreilles en raison des interactions de sonie. Les caractéristiques de la prothèse auditive
doivent être prises en compte lors du réglage de l’IC…
5. CONCLUSION
Il existe des arguments sur les bienfaits de la binauralité, sur la plasticité cérébrale, sur
l’importance de l’appareillage binaural (rapide)…
Faut-il appareiller l’oreille controlatérale ?
OUI, cela répond à une logique physiologique : audition binaurale, réduction des phénomènes
de privation…MAIS on se heurte à des difficultés d’adaptation liées aux pertes auditives, à
l’équilibre des sonies et aux caractéristiques des prothèses conventionnelles actuelles.
6. SEANCE DE QUESTIONS : QUELQUES
ELEMENTS SUPPLEMENTAIRES…
1. La prothèse ne va-t-elle pas perturber d’autant plus des fréquences inatteignables avec cette
prothèse (8000 Hz) ?
Actuellement, les patients avec IC ont une audition résiduelle telle qu’il existe des régions
mortes probables qui font qu’ils ne peuvent pas bénéficier d’une prothèse auditive…Or, le
renvoi de l’autre côté (+ basal) ne se produit certainement qu’en fonction de ce qu’est
l’audition résiduelle.
Il faut percevoir l’utilisation de l’audition résiduelle avec 2 arrières-pensées :
- Continuer à stimuler des voies auditives pour éviter le système de privation auditive
- Il n’est pas inconcevable qu’on puisse améliorer les performances dans le bruit (même
si ce ne sera pas la même amélioration que chez le malentendant appareillé
conventionnellement), du fait qu’il y aura quand même des infos à utiliser.
Cela suffit pour appareiller l’oreille controlatérale !
2. Conflit entre information électrique et acoustique ?
Oui, c’est vrai que les 2 informations sont différentes mais les cochlées sont tellement
lésées que ce n’est pas l’information acoustique que l’on connaît ! Visons l’amélioration du
signal perçu par l’ajout de la prothèse controlatérale. Si on constate une dégradation, on
laissera l’IC seul
3. Maturation du SN auditif ?
Rappel du travail d’une équipe allemande : il existe une évolution bien connue des
PEA chez les enfants malentendants avec le temps. Cette évolution des PEA pourrait
également existé , de manière comparable, chez les enfants malentendants appareillés…
4. Augmentation des seuils auditifs de l’oreille non IC ?
Selon lui, c’est plutôt un effet de l’entraînement de l’enfant, toutefois, c’est vrai que
certaines données sont troublantes…
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4. Localisation spatiale ? Périphérique ou centrale ?
5.
C’est central mais sous-cortical. Cela va se passer sur une différence de phase ou
d’intensité
c’est périphérique mais les neurones capables de distinguer sont déjà au niveau
du tronc.
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