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Les facultés sensorielles

Lapin à queue de coton de Floride.

L'audition (II)

Les organes auditifs sont une forme de détecteur de vibrations. La plupart des animaux réagissent aux sons bien qu'il soit difficile de savoir quelle perception ils en ont. On se limitera donc aux vertébrés chez lesquels l'audition est associée à l'équilibre, bien qu'elle soit également présente chez les poissons.

Physique du son

Les ondes sonores ne se propagent pas dans le vide car comme les vagues, ils leur faut un support pour transporter l'énergie de proche en proche. Les sons ne se propagent donc que dans des milieux denses comme l'atmosphère ou la matière condensée.

Une chute de pression d'un facteur 10 réduit la pression sonore de 20 dB. Ainsi, avec une pression à la surface de Mars grosso modo 100 fois inférieure à celle de la Terre (~10 mb), la réduction sonore atteint 40 dB. On découvre ainsi que pour une même distance au récepteur, un bruit assourdissant sur Mars serait perçu comme étant aussi léger qu'une conversion normale sur Terre. C'est tout à l'avantage des personnes ne supportant pas le bruit mais elles devront également crier pour se faire entendre. A l'inverse, dans une atmosphère plus dense que celle de la Terre comme dans les entrailles de Jupiter, le moindre chuchotement peut se transformer en vacarme.

Les organes auditifs

Chez tous les mammifères, les sons émis par un objet sont captés par le pavillon de l'oreille externe. Ils traversent ensuite le conduit auditif et frappent la membrane du tympan. En vibrant celle-ci transmet les ondes à l'oreille moyenne ou caisse du tympan constituée d'une série d'osselets (marteau et enclume) en contact avec le système de l'oreille interne.

Constituée de canaux semi-circulaires, de l'aqueduc du vestibule et de la cochlée ou limaçon, tout ce dispositif amplifie et transforme les ondes sonores en signaux électriques qui seront transmis au cerveau par le nerf auditif. C'est le cerveau qui discriminera les différents sons et leur direction à partir de fréquence, de leur amplitude et de leurs changements de phase d'une oreille à l'autre.

Chez des créatures primitives comme les insectes, ce sont les organes dits chordotonaux qui sont sensibles aux vibrations sonores. Leur structure les rapproche des organes sensoriels sensibles aux stimuli mécaniques comme les organes d'étirement musculaires, les scolopidies. Ces dernières renseignent le système nerveux sur les positions relatives des différents segments du corps ou sur les mouvements resporatoires. Certains organes auditifs (organe sous-genouillé) sont logés dans le tibia des insectes et si le signal sonore est assez intense ils font vibrer le substrat ou la patte de l'insecte. Chez les blattes par exemple, les vibrations optimales ont une fréquence de 1500 Hz, mais l'organe est sensible jusqu'à 8000 Hz.

Voici ce qui sert d'oreille à un moustique Aedes domesticus. Les soies qui recouvrent la base de l'antenne sont des cellules chimioréceptives. Document IRD.

Les organes auditifs les plus perfectionnés chez les insectes se rencontrent chez les papillons, les cigales et les sauterelles qui disposent d'organes tympaniques fixés sur les organes chordotonaux. La sensibilité de ces organes s'étend de 1 à 240 kHz. Ce spectre étendu est décalé vers les ultrasons et leur permet de détecter et de fuir les insectivores qui recourent à l'écholocation, comme les chauve-souris, pour repérer leurs proie dans l'obscurité.

Quant aux poissons, ils disposent d'une oreille interne qui ressemble assez bien à l'oreille humaine (deux chambres, des canaux semi-ciruclaires, etc).

Le sonar, contraction de "sound navigation and ranging" est une technique qui utilise la propagation des sons dans l'eau à des fins de navigation et d'autres activités humaines. Chez les cétacés ou des chauves-souris le sonar est un organe électrique actif émettant des ultrasons et fonctionnant par écholocation. Il renseigne l'animal sur la présence des obstacles, des partenaires et des proies et leur permet en quelque sorte de "voir" le monde par les vibrations qu'il renvoie. C'est ainsi que certains dauphins vivent dans les eaux troubles du fleuve Amazone. Contrairement aux apparences, grâce à leur sonar ils "voient" leur environnement aussi bien qu'en eau clair.

Selon plusieurs études, les dauphins perçevraient tous les sons entre 100 et 200000 Hz mais on s'accorde à dire qu'ils utilisent couramment la gamme de fréquences comprises entre 1000 et 120000 Hz.

A quoi ressemble le monde vu par un sonar ? Nous pouvons nous en faire une idée en analysant les échos d'un sonar utilisé par un bâteau-pêcheur tel l'affichage présenté ci-dessus. A 200 kHz nous distinguons des surfaces meubles (gris clair), la roche et la flore sous-marine (noir) ainsi que les poissons (petits arcs).

Pour comprendre ce que "voit" un cétacé à travers son sonar, nous pouvons analyser les échos d'un sonar utilisé par un bâteau-pêcheur.

Les fréquences élevées (190-200 kHz) sont moins sensibles au "bruit" et aux échos parasites que les fréquences beaucoup plus basses (50 kHz). Tant en eau douce que dans la plupart des eaux salées, les fréquences élevées sont moins dispersées, elles donnent également une meilleure image sous-marine, plus détaillée et d'une meilleure résolution dans les eaux peu profondes, même lorsque le bâteau (l'animal) se déplace à grande vitesse. Par contre un sonar fonctionnant à 50 kHz pénétrera plus profondément dans l'eau car plus la fréquence augmente plus les sons sont absorbés par l'eau. C'est pourquoi les sous-marins transmettent essentiellement en VLF, entre 10 et 40 kHz, une longueur d'onde qui oscille entre 29 et 7 km.

Les cétacés peuvent être perturbés par des sons d'une intensité de 230 dB émis dans la gamme de fréquences comprises entre 3 et 7 kHz au point qu'ils peuvent s'échouer sur les plages. L'armée américaine fut responsable de quelques accidents de ce type.

Rappelons que les systèmes à ultrasons tels les organes auditifs des chauves-souris sont des sonars utilisés dans l'air. Les ultrasons sont envoyés sous forme d'impulsions qui se réfléchissent sur les objets et reviennent aux oreilles de l'animal où le signal est focalisé et détecté puis analysé. Cela lui permet non seulement d'analyser le paysage mais d'évaluer également la distance des objets. 

On peut imaginer des créatures capables de détecter un large spectre de fréquences (comme les dauphins) et munies de pavillons spécialisés focalisant certaines gammes de fréquences vers des détecteurs spécifiques de l'oreille interne.

Et qu'en est-il du serpent, réputé pour être sourd ? Les serpents n'ont effectivement pas d'oreilles ou plutôt, celle-ci est bien cachée sous leur peau. Il leur reste en effet un vestige d'oreille interne fonctionnel qui transmet les vibrations. Ainsi, le python par exemple perçoit les vibrations ainsi que les infrasons transmis par l'air. C'est pourquoi vous ne pourrez jamais surprendre un serpent, même en marchant à pas feutrés vers lui. Non seulement il détectera vos vibrations mais il sentira également votre chaleur.

Le goût et l'odorat

Nous parlerons en même temps du goût et de l'odorat car ils sont très proches et même confondus chez certains animaux.

La chimioréception

Bien qu'on étudie les organes de l'olfaction et de la gustation depuis plus d'un siècle, leurs mécanismes sont encore mal connus.

Chez l'homme goût et odorat sont bien distincts car les récepteurs et les modalités de fonctionnement sont différents. Le goût est aux saveurs des aliments et transmis par la langue ce que l'odeur est aux arômes et transmise par le nez.

Chez les mammifères l'odorat se passe en milieu aérien alors que le goût a lieu en milieu liquide (salive). Chez les animaux aquatiques dans les deux cas la détection s'effectue en milieu liquide et la distinction est plus délicate. Chez les vertébrés supérieurs on associe olfaction à l'action de sentir par le nez ou le museau et la gustation à celle de lécher. Le premier utilise la muqueuse nasale, le second l'épithélium de la langue (papilles gustatives). Mais chez le poisson, l'odorat se manifeste lorsque l'eau traverse son sac olfactif pendant qu'il nage et il goûte grâce aux bourgeons gustatifs distribués à la fois dans sa geule et sur tout son corps. Enfin, chez les arthropodes les deux organes ont la forme de soies ou de poils (sensilles) qui leur servent également d'organes tactiles.

Comme il est difficile voire impossible de savoir à quel moment cet animal goûte ou sent, seule une analyse physiologique permettrait de dire de quel type de chimiorécepteur il s'agit. En fait il semblerait que la gustation soit apparue plus tard au cours de l'évolution.

1. Les organes olfactifs et l'olfaction

Voici bien un organe qui est présent chez tous les animaux, y compris chez les méduses, les pieuvres, les poissons, les grenouilles ou les milles-pattes pour ne citer que quelques espèces.

Chez les insectes les organes olfactifs sont des sensilles dont la paroi cuticulaire est percée sur toute sa longueur de pores minuscules mettant en relation les dendrites (blatte) ou les sensilles (papillon) avec l'extérieur. Ces organes sont surtout portés par les antennes. Si la plupart de ces détecteurs sont sensibles à toutes les odeurs, certains insectes disposent de récepteurs sensibles au taux d'oxygène ou de gaz carbonique.

Chez les vertébrés l'organe olfactif est logé dans la région antérieure de la tête. Derrière les narines, au fond des fosses nasales se trouvent des os turbinaux qui augmentent la surface des épithéliums respiratoire et olfactif. Chez les vertébrés aquatiques cet espace forme le sac olfactif en cul-de-sac. Juste à côté ou au-dessus des os turbinaux se trouve la lame criblée de l'ethmoïde qui laisse passer les fibres vers les bulbes olfactifs de l'encéphale. Vers le bas et à l'arrière des fosses navales se trouve l'ouverture de la cavité buccale ou choane, ce qui permet à l'organe olfactif de servir également de conduit respiratoire.

Chez l'homme, le système olfactif se trouve dans la surface intérieure du nez et est constitué dans sa partie inférieure de l'organe voméronasal ou organe de Jacobson et dans sa partie supérieure de la cavité nasale qui abrite le bulbe ou épithélium olfactif. Tout le système olfactif est atrophié, dit vestigial, d'où les piètres performances que nous présentons comparées aux autres animaux. On y reviendra.

Le bulbe olfactif humain ne comprend que 400 récepteurs olfactifs mais nous pouvons les combiner afin de distinguer quelques 400000 odeurs différentes mais à courte distance uniquement. C'est grâce à lui que nous percevons les nuances des arômes et les saveurs de la nourriture. Sans l'odorat, tous les aliments nous paraitraient insipides et seule leur texture permettrait de les distinguer (ceci explique pourquoi les personnes atteintes d'agueusie et dépourvues de la notion du goût ne s'intéressent pas du tout à la cuisine)

Les mécanismes de l'odorat. A gauche, une coupe du crâne humain montrant les deux trajets suivis par les odeurs. A droite, un gros-plan sur le bulbe olfactif situé à la base du crâne, au fond des fosses nasales. Documents U.Colorado adaptés par l'auteur.

L'homme est capable de distinguer une odeur ou une saveur dans un rapport de 1 pour 1 milliard environ, soit l'équivalent de quelques gouttes dans une piscine olympique mais exclusivement à courte distance (sous le nez). Les meilleurs nez ou goûteurs ont une sensibilité 1000 fois plus élevée.

Chez l'homme, le système olfactif ne peut identifier une odeur que toutes les secondes environ alors que pendant le même lapse de temps certaines espèces de papillons par exemple peuvent détecter jusqu'à 30 odeurs.

Le fait de sentir quelque chose durant une seconde crée une décharge électrique négative durant 5 à 6 secondes. Si le stimulus est prolongé, on observe chez l'homme une adaptation qui correspond à un arrêt total de la sensation olfactive par le système central. Une bouffée odorante peut provoquer une augmentation de la fréquence des potentiels d'action (excitation), une diminution (inhibition) ou se révéler sans effet.

Dans le bulbe olfactif, les récepteurs qu'on appelle les cellules mitrales sont très peu spécifiques vis-à-vis des odeurs mais la répartition des cellules activées change d'une odeur à l'autre comme une combinaison de clés dans un sélecteur d'odeurs. On pense que cela permet au système nerveux central de distinguer les différentes molécules chimiques. Cependant on ignore encore beaucoup de choses comme par exemple quels sont les mécanismes de l'olfaction et la relation entre la structure moléculaire d'une substance odorante et le seuil de détection ou la manière dont se réalise la discrimination des différentes odeurs.

Du fait qu'elle s'est atrophiée au fil de l'évolution, notre sensibilité olfactive est insignifiante comparée aux performances des animaux pour nous citer que le chien. La membrane olfactive du chien mesure environ 130 cm2, contre 3 cm2 seulement chez l’homme, elle contient jusqu'à 200 millions de cellules sensorielles contre 5 millions seulement chez l'homme et présente un seuil de sensibilité des millions de fois inférieur au nôtre, ceci expliquant cela.

Méthode d'identification des odeurs et localisation de l'organe de Jacobson chez le serpent. Adapté de l'Encyclopaedia Britannica.

Grâce à ces facultés, un chien est capable de détecter les phéromones (des substances chimiques) libérés dans les urines des chiennes en chaleur jusqu'à plusieurs kilomètres de distance ! Un chien dressé est même capable de détecter les symptômes déclencheurs des crises d'épilepsie quelques minutes ou secondes avant que l'effet ne se manifeste, juste le temps de prévenir le malade pour qu'il prenne ses dispositions. Le chien est également capable de détecter d'autres maladies comme les cancers, sans oublier bien entendu les odeurs de drogues mélangées à d'autres effluves. Le chien vit avec l'homme depuis des milliers d'années mais c'est à peine si nous commençons à exploiter ses extraordinaires capacités.

Chez le chat et le serpent, les narines sont non seulement reliées par des fibres nerveuses aux centres olfactifs mais elles sont en plus couplées à 'organe de Jacobson dont la fonction est pour ainsi dire mise en avant et optimisée. Le palais de la gueule du chat et du serpent contient une paire de cavités sensibles aux molécules odorantes véhiculées par la langue. Pour identifier une odeur, le serpent agite sans cesse sa langue fourchue devant lui de haut en bas puis la rétracte vers les cavités de son palais pour sentir les molécules odorantes de son environnement.

 En général un serpent non constricteur mord sa proie puis la laisse s'enfuir, la victime allant mourir dans les heures ou les jours qui suivent. On s'est longtemps demandé comment le serpent parvenait à retrouver sa proie parmi toutes les odeurs de toutes intensités qui se comptent par milliards dans l'environnement. En fait, le système olfacto-gustatif du serpent lui permet également de suivre sa proie à la trace grâce à la signature odorante du venin qu'il lui a injectée. Il ne cherche donc plus la trace d'une proie potentielle mais se focalise sur l'odeur de son propre venin ce qui lui permet de se diriger sans hésitation vers sa cible, même si elle se situe à des centaines de mètres de distance.

Contrairement à l'homme, un chien est capable de détecter les phéromones des fourmis de feu à 40 mètres et en raison de cette faculté, il vient en aide aux services de protection civile aux Etats-Unis où cette espèce de fourmi devient envahissante, n'hésitant pas à traverser des lacs ou des fleuves sur des radeaux flottant pendant les crues.

Rappelons que certaines races de chiens aident les personnes suggètent à des crises d'épilepsie par exemple, le chien étant capable d'alerter le patient quelques secondes avant une crise, ayant soit observé un réflexe ou un geste anormal sur son maître soit peut être senti une substance anormale qui l'alerta, comme d'autres chiens et même des chats dit-on sont capables de ressentir l'odeur des cellules cancéreuses ou l'odeur de la mort.

 Certains insectes sont capables de sentir leur partenaire à plusieurs dizaines de kilomètres de distance et les requins parmi d'autres poissons détectent l'odeur du sang à plus d'un kilomètre également. Pratiquement tous ces animaux ont un odorat bien plus sensible que le nôtre.

Tous les animaux dotés d'un sens olfactif reconnaissent leur propre odeur et celle de leur espèce et tuent ou rejètent toute odeur étrangère. C'est valable pour les fourmis, les reptiles comme pour les mammifères (des makis de Madagascar à l'ours brun) ou nos chiens et chats qui chassent leur concurrents de leur territoire et remplacent systématiquement les odeurs étrangères par leur propres phéromones, une manière également de communiquer leur état aux autres membres de leur espèce.

Odorat et comportement

Certains animaux sont dépourvus d'odorat (cétacés odontocètes) ou sont peu sensibles aux odeurs, pour ne citer que certains oiseaux, les poissons coralliens, les primates ou l'homme. Chez les autres espèces l'odorat est très important dans la recherche de nourriture, du partenaire sexuel ou pour la vie en société. De nombreux mammifèrent marquent leur territoire pour en éloigner les intrus. D'autres glandes situées près du nez (bec ou museau) ou de l'anus secrètent soit une odeur de groupe, soit une odeur individuelle attirante ou repoussante. 

Enfin, rappelons que beaucoup d'animaux, des insectes aux mammifères, utilisent des phéromones afin de provoquer un comportement particulier chez un autre individu de la même espèce : rapprochement sexuel, comportement de groupe, alarme, suivi d'une piste, etc.

L'être humain n'agit pas différemment quand il veut séduire un partenaire sexuel mais il le fait de manière plus évoluée, civilisée, et la plupart du temps inconsciemment. Ainsi, quand nous " ressentons" ou pas d'affinités - les fameux "atomes crochus" - envers une personne du sexe opposé, après l'attirance physique ou intellectuelle que nous pouvons éprouver pour elle, ce sont nos récepteurs olfactifs qui identifient les phéromones étrangers comme étant compatibles ou incompatibles avec les nôtres, venant renforcer ou non les autres modes de séduction (attitude, parfum, etc). Mais au fil de l'évolution c'est bien entendu la culture et notre éducation qui prennent ensuite le relais sur ces actes ancestraux réflexes, adaptant et affinant la méthode de séduction en fonction du contexte.

Enfin, alors que les femmes elles-même ne les sentent pas consciemment, ce sont également les phéromones qui régulent le cycle menstruel de jeunes femmes vivant ensembles (internat, etc). Ceci confirme une fois de plus que notre inconscient à plus de pouvoirs qu'on le pense et dirige en fait inconsciemment une grande partie de notre vie (y compris à travers des actions volontaires résultant d'une décision réfléchie).

Les papilles gustatives d'une langue humaine grossies 100x. Document BSIP.

2. Les organes gustatifs

Seuls les vertébrés disposent d'organes gustatifs définis morphologiquement sous la forme de petites papilles, les bourgeons du goût. Dans les autres embranchements, on ne les distingue pas des organes olfactifs, sauf chez les arthropodes où ils sont identifiés par rapport à leur emplacement (sur les palpes ou les pattes) et chez les insectes où ils sont situés sur les pièces buccales ou les tarses.

Chez tous les vertébrés les bourgeons du goûts sont bien localisés. Chez les animaux terrestres ils sont portés par la langue, la gueule, la trompe, le pharynx ou l'oesophage tandis que chez les poissons ils peuvent se trouver sur les barbillons (poissons-chats), les tentacules, les membranes unissant les rayons de diverses nageoires, etc. Cela permet en fait à ces animaux de goûter les objets sans les toucher à proprement dit.

A l'inverse des cellules olfactives, les cellules gustatives, purement sensorielles, forment des synapses avec l'extrémité d'un neurone qui assure la conduction du message nerveux. Comme les cellules olfactives, les cellules gustatives sont constamment renouvelées pendant la vie des individus.

Le nombre de papilles gustatives dépend de l'âge de l'individu. Ainsi, un enfant dispose de 10000 papilles contre 2000 papilles chez un adulte.

Les mécanismes de la perception gustative sont encore mals connus. Il semble établi que la transmission se fait par l'entrée d'ions sodium. Les nerfs gustatifs conduisent plusieurs qualités gustatives simultanément. Comme dans le cas de l'odorat ou de la vue nous ignorons exactement de quelle manière s'effectue la discrimination des différents signaux. Dans le cas du goût, elle est peut être associée à la distribution différentielle des réponses des diverses fibres gustatives.

Bien que l'on parle souvent de "saveur" lorsqu'on goûte les aliments, en réalité la saveur est essentiellement olfactive comme nous l'avons évoqué à propos du sens de l'odorat. Nous savons tous que si nous avons un rhume, nous perdons en même temps le goût. La seule sensation qui nous restera sera la couleur et la texture des aliments alliée généralement au toucher. Faites un essai en mangeant dans le noir : vous allez occasionnellement abandonner fourchette et couteau pour vos doigts, remplacer la vue par le toucher et accorder beaucoup plus d'attention aux odeurs et au goût. Et si en plus on vous bouche le nez, cela équivaudra à boire de l'eau et à manger du caoutchouc !

L'organe gustatif, la langue chez les vertébrés supérieurs, est sensible à de nombreuses saveurs ou qualités : sucrée, salée, acide, amer, unami, astringente, métallique, gras, etc. La langue présente un spectre de sensibilité beaucoup plus réduit que le nez. Le schéma ci-dessus qui prétend localiser les saveurs en des endroits précis de la langue remonte aux travaux de D.P. Hänig en 1901 qui furent mal traduits et interprétés par le psychologue américain Edwin G. Boring. En effet, ce schéma est faux et fut notamment corrigé par Virginia Collins en 1974 puis par Linda Bartoshuk en 1993. En fait, comme le pensait Hänig les goûts primaires sont perçus par toutes les papilles, quelle que soit leur localisation.

Notons que le nerf trijumeau qui innerve la peau du visage, la langue et les mandibules (dents) permet également d’apprécier la sensation de piquant (poivre, moutarde, oignons, piments, etc) et de pétillant. C'est également le nerf trijumeau qui provoque le larmoiement des yeux lorsqu'on épluche des oignons ou fait couler le nez lorsqu'on mange un plat très pimenté, les odeurs des épices remontant jusqu'au bulbe olfactif soit directement soit par rétro-olfaction au cours du repas. A ce sujet précisons qu'en présence de gaz carbonique (bulles d'air), les saveurs s'estompent et sont remplacées par une sensation acide (dans le cas du Champagne ou des vins pétillants) et de fraîcheur, ce qui fait l'intérêt des boissons gazeuses.

Nos sens thermiques et tactiles (somesthésiques) entrent également en jeu dans l'appréciation des aliments notamment.

Document T.Lombry

Enfin, la vue joue parfois un rôle prépondérant mais inconscient dans la sélection des aliments. Ainsi, en présence d'un aliment étrange et inconnu, c'est d'abord sa couleur avant sa forme qui va nous attirer ou nous détourner. Prenons la couleur bleue. Mis à part le Curaçao, il n'existe pas d'aliment bleu ou turquoise sur Terre. Si on nous présente un aliment bleu ou turquoise non identifiable (du haché ou une pâte colorée par exemple), nous allons d'abord l'observer, le sentir et éventuellement le toucher pour essayer de l'identifier. On le portera ensuite à la bouche mais avec précaution et certains n'y toucheront même pas et se contenteront de le sentir mais prudemment. Si on nous avait dit auparavant qu'il s'agissait de chair de homard colorée ou si on nous avait présenté la pince de homard entière, nous l'aurions mangée sans nous faire prier.

En fait, dans ce cas précis la vue influence notre interprétation et nous dit a priori si l'aliment est comestible ou pas. L'explication trouve probablement ses racines dans notre évolution ancestrale et notre adaptation. En effet, nous associons le bleu et ses dérivés vert de gris à la pourriture, au manque de fraîcheur, aux nausées, à la maladie, à la mort, bref à d'éventuels poisons. Inconsciemment et donc instinctivement d'abord puis consciemment pour avoir peut-être subit ses effets néfastes, nous avons tendance à suspecter de pourri tout aliment bleu (sauf les "Treets" bleus de M&M's bien qu'ils aient un temps été retirés des sachets pour le même motif). En revanche, certains gourmets n'hésitent pas à manger des oeufs pourris (ils sont noirs), de la viande faisandée ou du fromage couvert de moisissures, justement parce qu'ils ont ce petit goût spécial...

Le même phénomène se produit avec le saumon blanc; il est aussi bon que du saumon rose et pourtant seul le second se vend sur les étales au détriment du premier que les clients n'apprécient pas pour une simple question de couleur.

Quand on dit que "les goûts et les couleurs ne se discutent pas", c'est une erreur. Il y a beaucoup de choses à dire et bien des notions subjectives discutables !

Dernier chapitre

Le "sixièmes sens"

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