Soutenance de thèse de Arnaud ZALTA

Suivre le débit d'un orateur animé ou écouter les tambours d'un groupe de jazz en ébullition requiert une adaptation fine de nos capacités d'attention au cours du temps. Pour cela, une perception du temps précise pour prédire et capter les informations auditives pertinentes au moment opportun est cruciale. Cette fonction cognitive semble liée à notre système moteur. En effet, il a été montré que la perception du temps impliquait les régions cérébrales dédiées classiquement aux processus moteurs. D’autre part, la théorie de la détection active stipule que les dynamiques motrices aident à la collecte d’information sensorielle. Cependant, les relations entre perception auditive et action restent mal comprises. Dans ce travail de thèse nous avons étudié l’implication des dynamiques motrices dans la perception auditive – et plus particulièrement notre capacité à filtrer et sélectionner l’information sensorielle pertinente au cours du temps. Dans une première étude regroupant six expériences comportementales nous avons investigué l’effet d’un acte moteur sur l'attention temporelle rythmique auditive et visuelle. Nous montrons qu’un battement moteur régulier apparait bénéfique à l'attention temporelle auditive. En revanche, l'attention temporelle visuelle est perturbée par l’acte moteur. Ces effets ne sont observés qu’autour des rythmes dont la précision motrice est optimale. Cette étude nous renseigne donc sur les interactions entre processus moteur et perception sensorielle. Dans une deuxième étude alliant enregistrements comportementaux et neurophysiologiques par magnétoencéphalographie (MEG) nous questionnons l’implication des prédictions temporelles dans l’envie de bouger (le Groove) lors de l’écoute musicale. Une relation quadratique entre prédictibilité du stimulus et niveau de Groove est établie. D’un point de vue neurophysiologique, le rythme des mélodies entraîne les régions corticales auditives alors que la voie auditive dorsale encode le niveau de Groove dans les bandes delta (1.3-1.5 Hz) et bêta (20-30 Hz) des oscillations neurales. Enfin, le cortex sensorimoteur gauche coordonne ces deux bandes d’activités intégrant les informations provenant de la perception auditive d’une part et des processus moteurs d’autre part. Troisièmement, en reprenant l’expérience comportementale de la première étude dans la modalité auditive chez des patients parkinsoniens (dont les voies nigrostriatales dopaminergiques sont détériorées) nous avons montré que processus moteur et attention temporelle auditive sont dissociés. En effet, alors qu’une déplétion du système dopaminergique n’impacte pas les dynamiques attentionnelles, les bénéfices d’un acte moteur lors de l’expérience sont abolis. Les résultats de ce travail de thèse éclairent donc les relations entre les dynamiques motrices et l’attention temporelle auditive. Ces deux processus apparaissent comme synergiques d’un point de vue comportemental (étude 1) mais néanmoins dissociables (étude 3). D’un point de vue neurophysiologique (étude 2), le réseau sensori-moteur inclus au sein de la voie dorsale auditive serait crucial dans l’intégration des deux processus afin de combiner les dynamiques perceptuelles et motrices pour suivre de manière optimale les régularités temporelles de l’environnement auditif.

Following the flow of an animated speaker or listening to the drums of a booming jazz band requires a fine-tuning of our attention span over time. For this, accurate time perception to predict and capture relevant auditory information at the right time is crucial. This cognitive function seems to be linked to our motor system. Indeed, it has been shown that time perception involves brain regions classically dedicated to motor processes. On the other hand, the theory of active sensing states that motor dynamics help to gather sensory information. However, the relationship between auditory perception and action remains poorly understood. In this thesis work we investigated the involvement of motor dynamics in auditory perception - specifically our ability to filter and select relevant sensory information over time. In a first study of six behavioural experiments we investigated the effect of a motor act on auditory and visual rhythmic temporal attention. We show that a regular motor beat appears beneficial to auditory temporal attention. On the other hand, visual temporal attention is disturbed by the motor act. These effects are only observed around rhythms with optimal motor precision. In a second study combining behavioural and neurophysiological recordings by magnetoencephalography (MEG), we question the implication of temporal predictions in the desire to move (the Groove) during music listening. A quadratic relationship between stimulus predictability and Groove level is established. From a neurophysiological point of view, the rhythm of the melodies drives the auditory cortical regions while the dorsal auditory pathway encodes the Groove level in the delta (1.3-1.5 Hz) and beta (20-30 Hz) bands of neural oscillations. Finally, the left sensorimotor cortex coordinates these two bands of activity integrating information from auditory perception on the one hand and motor processes on the other. Third, by repeating the behavioural experiment of the first study in the auditory modality in Parkinson's patients (whose dopaminergic nigrostriatal pathways are impaired) we showed that motor processes and auditory temporal attention are dissociated. Indeed, while a depletion of the dopaminergic system does not impact attentional dynamics, the benefits of a motor act during the experiment are abolished. The results of this thesis therefore shed light on the relationship between motor dynamics and auditory temporal attention. These two processes appear to be synergistic from a behavioural point of view (study 1) but nevertheless dissociable (study 3). From a neurophysiological point of view (Study 2), the sensorimotor network included within the auditory dorsal pathway would be crucial in the integration of the two processes in order to combine perceptual and motor dynamics to optimally follow the temporal regularities of the auditory environment.