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La cognition réparée ?

 | 
Roland Jouvent
, 
Georges Chapouthier

Réorganisation du conduit vocal et réorganisation corticale de la parole : de la perturbation aux lèvres à la glossectomie. Études acoustiques et IRMf

Christophe Savariaux, Coriandre Vilain, Monica Baciu, Christian Abry, Pascal Perrier, Jacques Lebeau et Christoph Segebarth

Résumé

Retrouver l’usage de la langue — articulateur central de la parole pour produire les dix voyelles du français, et ce après une opération de glossectomie suivie d’une reconstruction linguale à base d’un muscle de la cuisse (le gracilis), tel était le difficile problème que le patient K.H., âgé de 53 ans, a su résoudre au bout de neuf mois. Comment a-t-il pu apprendre à contrôler sa nouvelle « langue » pour produire les différentes voyelles du français de façon distincte ? C’est ce que nous avons cherché a comprendre dans cette étude. Nous avons mis en place un suivi expérimental longitudinal du patient en enregistrant ses productions acoustiques et son activité cérébrale juste avant l’opération, un mois après l’opération et neuf mois après l’opération. Nous avons ainsi pu suivre la récupération corticale du sujet, en l’occurrence la relatéralisation dans l’hémisphère gauche pour l’articulation des catégories vocaliques de sa langue, en relation avec l’amélioration de ses peformances articulatoires et acoustiques. Plus fondamentalement, cette prouesse atteste de la plasticité corticale phonologique via l’équifinalité compensatoire du système de la langue, en l’occurrence par le jeu des équivalences motrices et acoustiques.

Texte intégral

Introduction

1Le 27 novembre 2005, la première greffe humaine du visage, du nez au menton, lèvres comprises, a été à juste titre considérée comme spectaculaire (et d’autres le sont devenues depuis ou le deviendront bientôt). Lors de sa première présentation à la presse, le 6 février 2006, Isabelle Dinoire annonçait en passant, comme un bon signe de son moral, qu’elle avait recommencé à fumer (certes contre l’avis de ses médecins !) : « … mais je fume pas clope sur clope ! ». Ses lèvres, qui se ferment sur une cigarette, ne peuvent pas encore vraiment se fermer pour réaliser l’occlusive bilabiale [p] (elle la produit comme un ventriloque). « Les mouvements de la lèvre inférieure ne sont pas encore présents […]. Par conséquent la fermeture complète des lèvres ne peut encore être réalisée et bien que, très en progrès, la phonation [comprendre l’articulation : son larynx n’ayant pas été endommagé] n’a pas encore les phonèmes occlusifs labiaux. À 4 mois, il est clairement trop tôt pour évaluer la récupération du mouvement. » (traduit de Devauchelle et al., 2006 : 207 ; cf. Châtelet, 2007 :249). Les phonéticiens sauront être patients pour guetter les signes comportementaux de l’intégration de cette première allogreffe des lèvres, un couple d’articulateurs dont les fonctions sont très différenciées dans les diverses habiletés de la parole. Y aura-t-il, suite à cette réhabilitation, un suivi de la plasticité corticale ? On se souvient que ce fut le cas pour la greffe des mains (Giraux et al., 2001). Celui qui va nous occuper ne fait pas suite à une allogreffe de la langue, mais à la greffe d’un muscle de la cuisse du sujet (le gracilis) afin d’opérer une reconstruction de sa langue, un geste chirurgical aujourd’hui bien maîtrisé. Ce qui dans ce cas présent sera pour nous spectaculaire concerne la récupération, mise en évidence aux niveaux comportemental et cortical, du contrôle des postures linguales des voyelles du sujet après neuf mois. Un beau succès de l’équipe de soins, et un succès confirmé pour la parole par l’expertise articulatoire, acoustique et neurale de l’équipe CNRS de l’Institut de la Communication Parlée, en collaboration avec l’INSERM.

2Que se passe-t-il au niveau comportemental dans le conduit vocal et, conjointement, au niveau cortical lorsque les configurations du conduit vocal – qui servent à produire les sons de la parole — sont perturbées simplement mécaniquement, de manière temporaire, ou plus structurellement par un acte chirurgical ? La langue et les lèvres servent typiquement, dans le cas des voyelles, à contrôler les formes des cavités qui donnent les résonances caractéristiques, les formants, pour distinguer et reconnaître les unités cognitives du système linguistique, les phonèmes. Ainsi, en français, la voyelle [u] de toux doit comporter une aire aux lèvres suffisamment petite pour ne pas être confondue avec sa voisine [o] dans taux. C’est ce [o] que l’on produira si l’on introduit entre les lèvres d’un sujet un tube agrandissant la sortie du conduit vocal à plus de 1 cm2 de section. Il a été démontré dans ce cas précis (Savariaux et al., 1995, 1999) que des sujets entraînés pouvaient réussir à récupérer des formants acceptables pour le [u] en réorganisant la position de leur langue, notamment en la reculant, comme le prédisait notre modélisation articulatori-acoustique. Pour la langue, des perturbations aussi directes sont plus difficiles à réaliser et c’est indirectement, soit en perturbant la mandibule (Gay et al., 1981, 1993) ou le feedback auditif (Houde et Jordan, 1998 ; Jones et Munhall, 2002), que les équivalences motrices et acoustiques possibles ont été testées dans la littérature. C’est cette question de l’équifinalité qui est perpétuée dans les expériences que nous allons rapporter ci-après. Cette question place l’étude de la production de la parole, anoblie depuis 1 861 par Paul Broca, au cœur des problématiques de la cognition motrice, loin du statut de stepchild (le parent pauvre ou la « Cendrillon-souillon », notre traduction) de la psycholinguistique, un statut minoré que Pim Levelt déplorait pour la production du langage au regard de l’impact des études en majorité écrasante sur la perception.

3Un cas extrême, qui se rencontre plus rarement pour les lèvres, est l’exérèse carcinologique plus ou moins complète de la langue, dite glossectomie, avec ou sans reconstruction. Dans ce dernier cas, le muscle greffé n’a bien entendu pas la complexité de la musculature linguale qui seule rend possible la dextérité requise pour acquérir et stabiliser le système de la langue maternelle. Néanmoins, nous allons présenter un cas de glossectomisé qui, malgré un espace articulatoire devenu plus réduit à l’avant du conduit vocal, a réussi au bout de neuf mois de réhabilitation l’exploit de répéter de manière acoustiquement distincte les dix voyelles orales du français qu’il produisait avant l’opération. Le suivi sur plusieurs séances montre comment il est parvenu à re-maîtriser le recul de la masse de la langue pour [u], et aussi le contrôle acoustiquement délicat de la constriction linguale pour obtenir les formants les plus élevés qu’il puisse produire pour un [i]. En outre, les examens IRMf ont montré qu’il avait retrouvé en partie la dominance hémisphérique gauche qu’il présentait avant l’opération, une dominance que même les sujets intacts perdent lorsqu’ils ont à compenser une perturbation temporaire du conduit vocal, notamment aux lèvres, cruciales pour la production acoustique d’une voyelle comme [u] (Baciu et al., 2000).

Sujets compensant une simple perturbation temporaire aux lèvres

4Cette étude de Baciu et al. (2000) en imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) a été menée sur 7 sujets (ne souffrant d’aucune pathologie de l’articulation ou de la perception de la parole) pour comprendre les implications de ces perturbations du système périphérique sur le système nerveux central. Ont été mesurées les activités cérébrales des sujets pendant une tâche d’articulation en configuration normale et soutenue de la voyelle [u], sans phonation, comparée à une articulation avec compensation linguale pour obtenir la même catégorie vocalique [u], après perturbation par un tube d’environ 2 cm de diamètre, inséré entre les lèvres.

5L’étude a montré que lors de la production du [u] non compensé, l’activité cérébrale concernait principalement la région périsylvienne gauche classique du langage, allant du cortex prémoteur (BA 6) au gyrus supramarginal (BA 40), ce dernier révélant les attentes sensorielles pariétales correspondant à l’action programmée dans le lobe frontal. À un moindre niveau, certaines zones dominantes dans l’hémisphère droit étaient elles aussi recrutées, notamment le précunéus droit (BA 7) — impliqué dans des tâches diverses, de mémoire verbale ou des postures du corps, en l’occurrence les postures vocaliques des articulateurs du corps de la parole, le conduit vocal —, ainsi que le gyrus supramarginal droit (BA 40). Ces activations cérébrales sont représentées classiquement par un rendu en niveaux colorés sur la surface du cortex (fig. 1). L’absence d’activation de Faire de Вrоса (BA 44, 45) est à remarquer. Ceci rejoint d’autres études remettant en cause le schéma classique considérant cette aire comme zone correspondant à la production de la parole (Wise et al., 1999). Cette absence d’activation de Faire de Broca a été confirmée pratiquement en même temps que nous par l’équipe d’Ackerman (Riecker et al., 2000).

Figure I – Activations de la voyelle [u] contrastée par rapport à la tâche de contrôle. P corrigé = 0.01. Visualisations des groupes de plus de 5 voxels. a) Articulation normale, b) Articulation compensée. Pour une version en couleur de cette illustration, se reporter au cahier hors texte page 216.

6En revanche, lors de la prononciation d’un [u] compensé, l’activité périsylvienne gauche disparaît. Plusieurs zones de l’hémisphère droit sont alors activées, incluant en partie l’homologue droit de Faire de Broca (BA 45), l’homologue droit de Faire de Wernicke (BA 22), ainsi que le gyrus supramarginal droit (BA 40). Ce phénomène de changement de dominance hémisphérique dans la réalisation d’une équivalence motrice acoustique nous a donné ainsi à voir, pour la première fois, la stratégie neurale de compensation pour les sons du langage. Ce résultat de Baciu et al. (2000) sera répliqué en 2003 et intégré dans un modèle biocybernétique neural du contrôle de la parole par Guenther et al. (2006).

7L’étude de cas, que nous présentons ci-dessous, a profité des enseignements tirés du comportement vocal de sujets intacts temporairement perturbé. Simplement, au lieu d’une perturbation mécanique, comme c’était le cas avec un tube tenu entre les lèvres par les sujets, nous considérons maintenant une perturbation chirurgicale due à une pathologie ayant nécessité une glossectomie. Ce travail se situe dans le cadre d’un projet général de collaboration entre le service de chirurgie maxillo-faciale du CHU de Grenoble et FICP. Dans ce projet, nous cherchons à développer une méthodologie de caractérisation articulatoire, acoustique et cognitive de la période de réapprentissage de l’articulation de la parole, après exérèse des tumeurs cancéreuses suivie de reconstruction. L’objectif clinique à long terme est de faire évoluer les techniques de reconstruction à visée fonctionnelle facilitant, en particulier, le réapprentissage de la parole. Dans cette contribution, après la présentation des méthodes expérimentales utilisées, nous analyserons les résultats des examens acoustiques et ceux des examens effectués sur un patient qui s’est prêté, avec son consentement formel, à cette étude. Nous tenterons de relier performances acoustiques et activités cérébrales IRMf, à chacune des étapes préopératoires et postopératoires. Cette analyse nous permettra de proposer un schéma de la réorganisation cognitive motrice développée par le patient lors du réapprentissage de la production des sons de sa langue.

Patient compensant une glossectomie après reconstruction de la langue

8Les résultats présentés dans cet article portent sur l’analyse du patient K.H., âgé de 53 ans au moment de l’opération, de sexe masculin, droitier. Le patient a été opéré suite à une tumeur cancéreuse de la langue. Il a subi une glossectomie subtotale avec une reconstruction immédiate utilisant un lambeau libre réinnervé d’un muscle pris sur l’intérieur de la cuisse, le gracilis.

Étude acoustique

Corpus et procédure

9Le corpus est constitué de séquences sans signification (purement phonétiques) et a été élaboré pour évaluer les capacités du patient à produire différents types d’articulation de la parole, dans des conditions variées impliquant différents degrés de contrainte temporelle (vitesse d’exécution). Dans cette contribution, nous ne traiterons que le cas de la production des voyelles isolées soutenues. Les dix voyelles orales du français ont ainsi été enregistrées. L’ensemble du corpus a été répété dix fois lors de chaque session d’enregistrement.

10Les productions du patient ont été enregistrées sur un enregistreur numérique à bande (DAT) au CHU de Grenoble. Pour permettre une étude longitudinale, et ainsi étudier l’évolution des capacités de réapprentissage articulatoires, nous avons testé le patient à quatre reprises : un enregistrement deux jours avant l’opération pour servir de référence (condition préopératoire), un enregistrement un mois après l’opération (condition postopératoire 1), un enregistrement six mois après (postopératoire 2), et neuf mois après (postopératoire 3).

Analyse des données acoustiques

11Le signal acoustique a été numérisé à 20 kHz. Pour les voyelles, l’analyse est basée sur les fréquences des trois premiers maxima du spectre de fréquences (on parle des trois premiers formants : F1, F2, F3) déterminés en analyse par prédiction linéaire. Conformément à une démarche classique (Delattre, 1948), la variation de F1 a été interprétée comme correspondant au degré d’ouverture du conduit vocal, alors que la variation de F2 a permis d’estimer la position relative avant/arrière de la langue. F3 a été exploité pour évaluer la capacité du sujet à produire des articulations extrêmes dans la région palatale. Une articulation très antérieure, avec une construction en gouttière de la langue suffisamment courte, de type [i], correspond à un F3 élevé. La conséquence en est qu’une concentration en énergie sera produite dans la zone des hautes fréquences, la plus aiguë qui soit pour une voyelle (Schwartz et al., 1992).

Étude IRMf

Corpus et procédure

12Nous avons restreint les enregistrements IRMf à trois sessions. Les sessions ont eu lieu aux mêmes dates que les enregistrements acoustiques en condition préopératoire, postopératoire 1 (un mois après l’opération) et postopératoire 3 (neuf mois après l’opération).

13Pour chaque enregistrement, les tâches réalisées par le patient étaient les mêmes. Elles consistaient à articuler de façon soutenue mais sans phonation les trois voyelles cardinales [i], [a] et [u]. Une séance d’enregistrement consistait en trois sessions d’acquisition fonctionnelle, correspondant aux trois voyelles, et une session d’acquisition anatomique. Les sessions d’acquisition fonctionnelle respectaient un paradigme de type bloc, suivant lequel les tâches d’articulation alternaient avec des tâches de contrôle pendant lesquelles le sujet restait au repos.

14Les enregistrements ont été effectués dans l’imageur clinique Philips NT, 1.5 Tesla du CHU de Grenoble. Cet imageur est équipé avec des techniques d’imagerie rapide de type EPI. Le volume mesuré était centré sur la limite supérieure du thalamus et orienté parallèlement au plan bi-commissural CA-CP. Le choix du volume mesuré pendant les acquisitions fonctionnelles a été effectué sur la base d’une séance de repérage anatomique à faible résolution spatiale dans le plan sagittal, en début d’examen. Lors des mesures, l’intégralité du cerveau était mesurée en 26 coupes de 5 mm chacune. La durée d’enregistrement d’un volume complet était de 3 096 secondes, et chaque volume a été mesuré 14 fois par tâche. Chaque tâche durait 43 secondes, et l’alternance des tâches de contrôle et des tâches d’articulation a été répétée 4 fois dans chaque session d’acquisition.

15Les principaux paramètres d’acquisition étaient l’angle de basculement (90°), le champ de vision (256*256 mm2), la matrice d’acquisition (64*64) et la matrice de reconstruction (128*128).

16En fin d’examen, une acquisition anatomique générant des images à haute résolution spatiale a été réalisée, permettant de faire correspondre les zones d’activités cérébrales avec l’anatomie cérébrale propre au sujet.

Déroulement des séances d’acquisition

17Le sujet était allongé dans l’aimant dans une position confortable lui permettant de rester de 30 à 40 minutes sans bouger. Par le biais d’un système de miroirs, il recevait les consignes visuelles lui indiquant la tâche à réaliser. Les consignes étaient présentées par le logiciel PsyScope V. 1.1 fonctionnant sur un ordinateur Power Macintosh 9600. Elles étaient projetées sur un écran au moyen d’un vidéoprojecteur (Eiki LC600). Le système de miroirs situé dans l’aimant permettait au sujet de voir cet écran. Enfin, pour atténuer le bruit généré par l’imageur lors des acquisitions, le sujet portait des bouchons d’oreille et un casque anti-bruit.

Analyse des données IRMf

18Le traitement des données a été effectué grâce au logiciel SPM99 (Statistical Parametric Mapping, Friston et al., 1995). Ce traitement s’est fait en deux phases : une phase de prétraitement suivie d’une phase d’analyse statistique. Lors du prétraitement, les volumes fonctionnels acquis lors de chaque session ont d’abord été corrigés en fonction des décalages temporels entre chaque coupe. Ensuite, tous les volumes ont été réalignés sur le premier volume acquis pour corriger les artefacts liés aux mouvements de la tête du sujet. Après ce réalignement, les volumes ont été normalisés spatialement à l’aide d’une transformation nonlinéaire afin qu’ils puissent coïncider avec le gabarit de référence du Montreal Neurological Institute (MNI). Enfin, les scans ont été lissés spatialement avec un filtre gaussien pour limiter les corrélations entre les activités des voxels voisins.

19Une fois effectuées les opérations de prétraitement, le modèle linéaire généralisé a été appliqué sur chaque voxel. Ce modèle permet d’exprimer les évolutions temporelles de l’activation des voxels comme une combinaison linéaire de facteurs explicatifs à laquelle se rajoute un terme d’erreur supposé fluctuer normalement. Les inférences statistiques sont effectuées sur les coefficients multiplicatifs des facteurs explicatifs. Elles permettent de tester si un voxel est significativement plus activé par une condition expérimentale que par une autre. Les tests effectués sont des tests de Student utilisant comme seuil de significativité des p-valeurs, corrigées pour tenir compte des comparaisons multiples.

Résultats comportementaux et cérébraux

Résultats de l’analyse acoustique de la production des voyelles

20Les valeurs moyennes des mesures formantiques (F1, F2, F3) obtenues lors de la production des voyelles sont rassemblées dans le tableau 1. Dans la suite de cet article, nous avons choisi de représenter dans le plan F1/F2 l’ensemble des productions vocaliques (plutôt que la moyenne associée à ces productions) : cette représentation nous donne la dispersion des productions pour chaque voyelle. Pour les conditions postopératoires dans le plan F2/F3, nous focaliserons notre étude sur les distinctions entre les voyelles [i] et [y] reposant sur F3 : en conséquence, seules ces deux voyelles seront représentées sur les figures ci-après.

21Les voyelles produites en condition préopératoire ne présentent pas de particularité si on les compare aux données issues de la littérature sur le français (Calliope, 1989). On peut ainsi retrouver sur la figure 2a une distribution classique, en forme de triangle des voyelles dans le plan F1/F2. La représentation de ces mêmes voyelles dans le plan F2/F3 (fig. 2b) reste également conforme à celle de la littérature : on retrouve une distinction [i] vs [y] sur la base d’un formant F3 plus élevé pour la voyelle [i] (Schwartz et al. 1992). Ces résultats nous indiquent que la tumeur du patient avant opération ne semblait pas induire de modification significative sur la qualité de ses voyelles. Nous prendrons ces valeurs fréquentielles comme références pour la suite de l’analyse acoustique. Pour situer les conditions postopératoires, nous réaliserons un zoom sur l’axe des abscisses et des ordonnées à partir du rectangle en trait discontinu représenté sur ces figures 2a et 2b : ce sera le sous-espace de cet espace avant l’intervention, le sous-espace que le sujet aura pu récupérer en contrôlant son nouveau muscle réinnervé.

Figure 2a – Valeurs en Hz des 10 répétitions des 10 voyelles dans le plan F1/F2, condition préopératoire (pour la zone dans le quadrilatère pointillé, cl. texte).

Figure 2b – Valeurs en Hz des 10 répétitions des 10 voyelles dans le plan F2IF3, condition préopératoire (pour la zone dans le quadrilatère pointillé, cl. texte).

Tableau 1 – Valeurs moyennes en Hz des 3 premiers formants sur les 10 répétitions des 10 voyelles orales françaises du patient KH. (avec l’écart-type correspondant entre parenthèses).

22La distribution des voyelles produites en condition postopératoire 1, après un mois, atteste d’une grande difficulté pour le patient à reproduire l’espace classique des voyelles dans le plan F1/F2 (fig. 3a). On remarquera ainsi que les valeurs de F2 vont rester confinées en deçà de 1 500 Hz environ (valeur qui ne sera approchée qu’au bout de neuf mois et pour quelques exemplaires des voyelles, cf. fig. 5a) : ces valeurs attestent d’une réduction très nette de l’amplitude du mouvement avant/arrière de la langue. Les voyelles [i] et [u] sont les plus touchées par cette réduction. Le patient semble en revanche capable de conserver des valeurs de F1 du même ordre de grandeur que celui des productions en condition préopératoire : globalement, il préserve la hiérarchie du degré d’aperture (ouverture) du conduit vocal, mais il n’arrive pas à élever la langue assez haut pour produire la voyelle [i] et la voyelle [u]. En ce qui concerne le plan F2/F3 (fig. 3b), les valeurs de F3 obtenues pour la voyelle [i] sont presque toutes supérieures à celles de la voyelle [y], permettant ainsi au patient d’opérer une distinction entre ces deux voyelles sur la base des fréquences de ce formant haut. Le patient, un mois après l’opération, se trouve donc dans l’incapacité de réaliser un geste lingual d’amplitude équivalente à celui produit en condition préopératoire, et ainsi de produire une distinction entre plusieurs voyelles disponibles auparavant, notamment autour de [i] et de [œ].

Figure 3a – Valeurs en Hz des 10 répétitions des 10 voyelles dans le plan F1/F2, condition postopératoire 1.

Figure 3b – Valeurs en Hz des 10 répétitions des voyelles [i] et [y] dans le plan F2/F3, condition postopératoire I.

23Si on compare l’espace vocalique obtenu six mois après l’opération, en condition postopératoire 2 (fig. 4a), à celui obtenu en condition post-opératoire 1, deux tendances émergent : 1) l’amplitude de variation du formant F2, et donc du mouvement avant/arrière de la langue, est aussi restreinte dans les deux cas ; 2) globalement, une différenciation plus marquée pour les voyelles qui étaient proches en condition postopératoire 1 émerge en condition postopératoire 2. On a maintenant une voyelle [i] avec des valeurs de F1 standard : le patient est donc davantage en mesure de serrer la constriction de cette voyelle. On peut également noter qu’à ce stade (condition postopératoire 2) il parvient à réaliser un geste lingual plus reculé que précédemment pour la voyelle [u] (qui en conséquence se rapproche naturellement de la voyelle [o], sans pour autant se confondre acoustiquement avec elle). Ceci se traduit par une valeur moyenne de F2 plus faible (729 vs 884 Hz) et donc plus proche de la valeur standard. Dans le plan F2/F3, sur la base des valeurs de F3, la distinction entre les voyelles [i] et [y] est maintenant brouillée par rapport à la condition postopératoire 1 (fig. 4b). En résumé, l’espace des voyelles produites par le patient six mois après l’opération reste réduit à l’avant. Mais on note cependant une différenciation globalement bien mieux réalisée entre les voyelles que celle obtenue après un mois. La voyelle [i] est ainsi produite avec des valeurs de F1 proches des valeurs standard, comme c’est aussi le cas de la voyelle [u] en F1 et F2, ce qui dénote que le patient a retrouvé plus de mobilité pour produire les voyelles hautes.

Figure 4a - Valeurs en Hz des 10 répétitions des 10 voyelles dans le plan F1/F2, condition postopératoire 2.

Figure 4b - Valeurs en Hz des 10 répétitions des voyelles [i] et [y] dans le plan F2/F3, condition postopératoire 2.

24La distribution des voyelles obtenue par le patient neuf mois après son opération, en condition postopératoire 3 (fig. 5a), montre que son espace vocalique, tout en étant encore loin de son espace préopératoire, s’est légèrement agrandi vers l’avant. Et surtout, cela correspond à une meilleure distinction des voyelles préliminaires. Au total, il a retrouvé, dans un espace certes plus réduit, toutes les distinctions de ses voyelles du français. L’exception des voyelles [i] et [y], qui restent identiques dans le plan F1/F2, n’en est pas une puisque, dans le plan F2/F3, les deux séries de voyelles sont séparées, un seul des dix [y] se retrouvant au milieu des [i] (fig. 5b). On peut donc affirmer quantitativement que le patient aura réussi à recatégoriser acoustiquement 99 % de ses voyelles orales du français. L’évaluation perceptive sur les qualités de ces productions, lesquelles pourront en partie être jugées encore non conformes à la norme du français, ne doit pas court-circuiter l’étape nécessaire de cette évaluation articulatori-acoustique de l’efficacité du contrôle de l’effecteur reconstruit, et sa capacité biosonique à distinguer dix catégories de signaux de la langue maternelle du sujet.

Figure 5a – Valeurs en Hz des 10 répétitions des 10 voyelles dans le plan F1/F2, condition postopératoire 3.

Figure 5b – Valeurs en Hz des 10 répétitions des voyelles [i] et [y] dans le plan F2/F3, condition postopératoire 3.

Résultats de l’analyse IRMf

25Dans un premier temps, nous avons mesuré les différences d’activation entre les phases d’articulation et les phases de repos de l’ensemble des voyelles. La figure 6 présente l’évolution des activations cérébrales correspondant à l’articulation des trois voyelles, aux stades préopératoire (à gauche) et postopératoires 1 (au centre) et 3 (à droite). Il est possible de distinguer quatre zones principales d’activation : le pôle temporal (BA 38), bilatéralement, le cervelet, aussi bilatéralement, le cortex périsylvien gauche autour de l’insula (BA 13) et le cortex prémoteur gauche autour de l’aire BA 6.

Figure 6 – Evolution des activations pour l’articulation des 3 voyelles [i], [a] et [u], relativement à la tâche de contrôle, depuis le stade préopératoire (à gauche) jusqu’aux stades postopératoires 1 (après un mois, au centre) et 3 (après neuf mois, à droite). P corrigé = 0.01. Affichage des groupes d’au moins 10 voxels.
Pour une version en couleur de cette illustration, se reporter au cahier hors texte page 216.

26Nous pouvons noter l’activité du pôle temporal bilatéral (BA 38) lors des trois séances de mesure. Sachant que cette zone est reliée à l’insula et au cortex auditif associatif (partie antérieure du gyrus temporal supérieur), il se pourrait que le sujet l’active en fonction des attentes auditives de son action articulatoire (Gloor, 1997).

27Le cervelet est une zone connue pour son rôle dans la coordination motrice. Il entre dans la synchronisation des mouvements lors de tâches motrices, y compris pour l’articulation de la parole (voir une revue de question dans Ivry et al., 2001). Dans nos mesures, l’activation du cervelet est bilatérale. Elle est importante lors de l’enregistrement préopératoire et devient faible, puis négligeable, lors des enregistrements postopératoires 1 et 3. Une piste pour expliquer ce comportement pourrait être que le cervelet est plus activé lors de tâches automatiques n’ayant que peu besoin de recruter les zones du cortex non cérébelleux. Dans la production de la parole, il n’est sans doute pas nécessaire de recruter l’aire de Broca pour l’articulation (Wise et al., 1999), ici pour celle d’une simple voyelle : c’est une tâche qui peut être considérée comme hautement automatique, ce que traduit une activité importante du cervelet lors de l’enregistrement préopératoire. En revanche, suite à la désorganisation articulatoire postopératoire, la parole serait désautomatisée et recruterait d’autres zones du cortex.

28En ce qui concerne l’activité des zones de l’hémisphère gauche appartenant aux aires traditionnelles du langage, sont recrutés principalement le cortex insulaire gauche (BA 13) et le cortex prémoteur gauche (BA 6).

29Les activations du cortex prémoteur gauche (BA 6) sont connues pour la programmation du geste articulatoire. Nous pouvons observer que cette zone est activée significativement lors des enregistrements préopératoire et postopératoire 3. Elle ne l’est pas lors de l’enregistrement postopératoire 1. Il est possible que la perturbation postopératoire modifie en profondeur les stratégies cognitives d’articulation des zones recrutées pour cette action, ce qui expliquerait la disparition de l’activation classique de l’hémisphère gauche lors de l’enregistrement postopératoire 1. Alors qu’après la phase de réapprentissage, en postopératoire 3, l’activité normale du cortex prémoteur réapparaît, comme semblent l’attester les résultats obtenus sur les voyelles montrant qu’en condition postopératoire 3 le patient a trouvé une stabilité dans ses productions vocaliques : il n’est plus en phase nouvelle de réapprentissage.

30Ce retour de l’activation du cortex prémoteur dans l’enregistrement postopératoire 3 s’accompagne d’une activité très marquée du cortex insulaire gauche (BA 13). L’importance de ce dernier pour la parole a été mise en avant par de nombreux travaux (Dronkers, 1996 ; Bennett et Netsell, 1999 ; Ackerman et Riecker, 2004). Dronkers, en particulier, lors de ses travaux sur l’apraxie de la parole, a montré que chez 25 patients présentant un déficit de planification articulatoire, consécutif à un accident vasculo-cérébral de l’hémisphère gauche, la zone du cortex insulaire précentral gauche était systématiquement lésée. Elle en a déduit le rôle central de cette aire dans les tâches de planification motrice de la parole (Dronkers, 1996). Depuis, Hillis et al. (2004) ont modéré ses conclusions et estimé que les patients suivis par Dronkers ayant eu leur accident vasculaire plusieurs mois avant l’étude, des modifications anatomiques pouvaient avoir eu lieu durant cette période (cf. pourtant Ogar et al., 2006, dont Dronkers, qui réaffirment ses conclusions de 1996). Enfin, Ackermann et Riecker (2004) ont eux aussi pointé le rôle central de l’insula lors de l’exécution de la parole. En ce qui nous concerne, il est surprenant de constater que si l’activation de l’insula est importante pour la planification ou l’exécution de la parole, celle-ci n’est activée que lors de l’enregistrement postopératoire 3. Si l’on fait abstraction de l’enregistrement postopératoire 1, lors duquel les stratégies articulatoires semblent très désorganisées, il semblerait logique d’observer une activation de l’insula en enregistrement préopératoire. Or, même si l’on considère spécifiquement l’activation liée à l’articulation de toutes les voyelles lors de l’enregistrement préopératoire, relativement à l’enregistrement post-opératoire 1, on n’observe pas d’activation de l’insula (fïg. 7). Nous pouvons donc mettre en avant une autre explication concernant l’activation de l’insula. Nous proposons que l’insula est activée lors de la tâche de réautomatisation du geste articulatoire et que, lorsque ce geste est automatisé, le cervelet reprend ce contrôle.

Figure 7 – Activations liées à l’articulation de toutes les voyelles en enregistrement préopératoire relativement à l’enregistrement postopératoire I. P corrigé = 0.05. Affichage des groupes d’au moins 5 voxels.
Pour une version en couleur de cette illustration, se reporter au cahier hors texte page 217.

Conclusions

31Nous avons étudié le cas d’un patient ayant subi une opération de glossectomie suivie d’une reconstruction de la langue. Le suivi de ses productions acoustiques a démontré au bout de neuf mois une récupération remarquable, à 99 %, des dix distinctions phonémiques vocaliques orales du français. L’enregistrement suivi de ses activités cérébrales, lors des tâches d’articulation, nous a permis de proposer un schéma cognitif pour la production des voyelles, à la lumière des résultats précédents sur les sujets intacts soumis à une perturbation configurationnelle de leur conduit vocal (Baciu et al., 2000). Ce schéma est le suivant.

32Lors de l’enregistrement préopératoire, l’articulation des voyelles est une habileté cognitive tout à fait automatisée ; elle recrute massivement chez le sujet le cervelet et le cortex prémoteur gauche.

33Juste un mois après l’opération, l’articulation d’une voyelle devient une tâche complexe nécessitant de modifier les stratégies habituelles.

34L’activité cérébrale est alors diffuse et aucune zone n’émerge vraiment. Chez les sujets intacts aussi, quand on perturbe leur conduit vocal, la dominance hémisphérique gauche du langage disparaît.

35Mais, dès neuf mois après l’opération, l’articulation est redevenue une nouvelle habitude relatéralisée du côté du langage, comme le montre l’activité de l’insula gauche, le cervelet n’étant pas encore automatiquement recruté.

36Il est ainsi possible de retrouver les signes d’une reprise de contrôle de « l’incorporation » d’un « nouveau muscle lingual », signes lus dans l’activité de l’insula, et ceci avant même que la production articulatori-acoustique du sujet ait retrouvé ses qualités préopératoires (comme le montre par ailleurs la partie de l’étude acoustique consacrée aux consonnes qui n’a pas été publiée ici). Si, comme on peut l’espérer, l’activité du cervelet retrouve elle aussi son niveau préopératoire, ce sera le signe de l’acquisition maîtrisée d’une nouvelle habileté de la langue avec de nouveaux moyens musculaires. Ce que nous montrera peut-être un jour ce patient, s’il nous est donné de le suivre plus avant.

Bibliographie

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Table des illustrations

Légende Figure I – Activations de la voyelle [u] contrastée par rapport à la tâche de contrôle. P corrigé = 0.01. Visualisations des groupes de plus de 5 voxels. a) Articulation normale, b) Articulation compensée. Pour une version en couleur de cette illustration, se reporter au cahier hors texte page 216.
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Légende Figure 2a – Valeurs en Hz des 10 répétitions des 10 voyelles dans le plan F1/F2, condition préopératoire (pour la zone dans le quadrilatère pointillé, cl. texte).
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Légende Figure 2b – Valeurs en Hz des 10 répétitions des 10 voyelles dans le plan F2IF3, condition préopératoire (pour la zone dans le quadrilatère pointillé, cl. texte).
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Légende Tableau 1 – Valeurs moyennes en Hz des 3 premiers formants sur les 10 répétitions des 10 voyelles orales françaises du patient KH. (avec l’écart-type correspondant entre parenthèses).
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Légende Figure 3a – Valeurs en Hz des 10 répétitions des 10 voyelles dans le plan F1/F2, condition postopératoire 1.
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Légende Figure 3b – Valeurs en Hz des 10 répétitions des voyelles [i] et [y] dans le plan F2/F3, condition postopératoire I.
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Légende Figure 4a - Valeurs en Hz des 10 répétitions des 10 voyelles dans le plan F1/F2, condition postopératoire 2.
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Légende Figure 4b - Valeurs en Hz des 10 répétitions des voyelles [i] et [y] dans le plan F2/F3, condition postopératoire 2.
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Légende Figure 5a – Valeurs en Hz des 10 répétitions des 10 voyelles dans le plan F1/F2, condition postopératoire 3.
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Légende Figure 5b – Valeurs en Hz des 10 répétitions des voyelles [i] et [y] dans le plan F2/F3, condition postopératoire 3.
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Légende Figure 6 – Evolution des activations pour l’articulation des 3 voyelles [i], [a] et [u], relativement à la tâche de contrôle, depuis le stade préopératoire (à gauche) jusqu’aux stades postopératoires 1 (après un mois, au centre) et 3 (après neuf mois, à droite). P corrigé = 0.01. Affichage des groupes d’au moins 10 voxels.Pour une version en couleur de cette illustration, se reporter au cahier hors texte page 216.
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Légende Figure 7 – Activations liées à l’articulation de toutes les voyelles en enregistrement préopératoire relativement à l’enregistrement postopératoire I. P corrigé = 0.05. Affichage des groupes d’au moins 5 voxels.Pour une version en couleur de cette illustration, se reporter au cahier hors texte page 217.
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Auteurs

Institut de la Communication Parlée, Université Stendhal, Grenoble.
savariaux@icp.inpg.fr

Institut de la Communication Parlée, Université Stendhal, Grenoble.
cvilain@icp.inpg.fr

Laboratoire de Psychologie et Neurocognition, Université Pierre Mendès-France, Grenoble,
monica.baciu@upmf-grenoble.fr

Institut de la Communication Parlée, Université Stendhal, Grenoble.
abry@icp.inpg.fr

Institut de la Communication Parlée, Université Stendhal, Grenoble.
perrier@icp.inpg.fr

Service Maxillo-faciale, CHU Grenoble.
jlebeau@chu-grenoble.fr

Unité Mixte INSERM/UJF 594 « Neuroimagerie Fonctionnelle et Métabolique », CHU Grenoble,
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