Behavioral, functional, and anatomical study of tickertape synesthesia
Étude comportementale, fonctionnelle et anatomique de la synesthésie des sous-titres
Résumé
The brain networks involved in speech and written language are connected and interact when we use one or the other. For example, when we hear speech, we access information about the spelling of what we hear, and conversely when we read, we access phonological information about the content. The visual word form area (VWFA), located in the left fusiform gyrus, plays an important role in these interactions. This area is specialized in letter and word recognition, and appears with the learning to read. Synesthesia is defined as a "fusion of the senses": perception in one sensory modality is accompanied by superadded perception in another, unsolicited sensory modality. There is a synesthesia that links speech and written language processes, called tickertape synesthesia (TTS), in which the person perceives the orthographic form of what he or she hears. Our hypothesis was that the regions responsible for TTS were the perisylvian regions involved in language, and the visual regions involved in spelling processing. We also predicted that this phenomenon was linked to a reverse activation of the reading network, underpinned by top-down influences from language areas to reading areas that were too strong. We explored this synesthesia through a series of complementary studies. We administered a questionnaire to people with this synaesthesia, which enabled us to better characterize the subjective experience of TTS, including the visuo-spatial aspects of subtitles and the type of auditory stimulus or situation that can trigger TTS. We also showed that there were differences in performance on behavioral tests. Synesthetes had an advantage on tasks involving orthographic working memory on auditory stimulation alone, but were not impaired on visual tasks with interference via concomitant auditory stimulation. We identified the neural networks activated during TTS, first in a single synesthete, and then replicated these results across an entire group. These regions correspond to the perisylvian regions involved in language and the ventral occipitotemporal regions involved in orthographic processing. The networks activated in TTS were overlapped with those activated by reading. These results thus confirmed our initial hypotheses. We also showed that there was an excess of connectivity at rest in synesthetes, notably between the frontal and occipital regions. There was also an excess of connectivity in synesthetes between primary auditory regions and the VWFA during language listening compared with silence. Finally, we highlighted the importance of this fronto-occipital connectivity by studying the case of a patient with cortical blindness following lesions of the visual associative areas, with partial sparing of the primary visual cortex. Despite the patient's lack of awareness of any visual stimulation, it activated a region of the primary visual cortex. Compared with controls, this region had diminished resting connectivity with a left frontal region, already identified as having a role in awareness of visual stimuli. In summary, our work has enabled us to better characterize the phenomenon of TTS, and to clarify its neural substrates. It has also provided arguments for the role of the regions involved in current models of language and reading.
Les réseaux cérébraux impliqués dans le langage oral et le langage écrit sont connectés et interagissent lorsque nous utilisons l’un ou l’autre. Par exemple lorsque nous entendons du langage, nous accédons aux informations concernant l’orthographe de ce que nous entendons, et inversement lorsque nous lisons, nous accédons aux informations phonologiques du contenu. L’aire de la forme visuelle des mots, située dans le gyrus fusiforme gauche, joue un rôle important dans ces interactions. Cette aire est spécialisée dans la reconnaissance des lettres et des mots, et apparaît avec l’apprentissage de la lecture. La synesthésie est définie comme une « fusion des sens » : la perception dans une modalité sensorielle est accompagnée d’une perception surajoutée, dans une autre modalité sensorielle non sollicitée. Il existe une synesthésie mettant en relation les processus de langages oral et écrit, nommée la synesthésie des sous-titres (tickertape synesthesia, TTS), et dans laquelle la personne perçoit la forme orthographique de ce qu’elle entend. Notre hypothèse était que les régions responsables de la TTS étaient les régions péri-sylviennes impliquées dans le langage, et visuelles impliquées dans le traitement de l’orthographe. Nous avions également prédit que ce phénomène était lié à une activation inverse du réseau de lecture, sous-tendue par des influences descendantes des aires du langage vers les aires de la lecture trop importantes. Nous avons fait remplir un questionnaire aux personnes ayant cette synesthésie, qui nous a permis de mieux caractériser l’expérience subjective de la TTS, notamment les aspects visuo-spatiaux des sous-titres et le type de stimulus auditif ou la situation pouvant déclencher la TTS. Nous avons aussi montré qu’il existait des différences de performance lors de tests comportementaux. Les synesthètes étaient avantagés lors des tâches impliquant la mémoire de travail orthographique sur stimulation auditive seule, mais n’étaient pas gênés lors de tâche visuelle avec interférence par le biais d’une stimulation auditive concomitante. Nous avons identifié les réseaux neuronaux activés durant la TTS, d’abord chez un seul synesthète, puis nous avons répliqué ces résultats sur tout un groupe. Ces régions correspondent aux régions péri-sylviennes impliquées dans le langage et aux régions occipito-temporales ventrales impliquées dans le traitement orthographique. Les réseaux activés dans la TTS étaient superposables à ceux activés par la lecture. Ces résultats confirmaient donc nos hypothèses de départ. Nous avons également montré qu’il existait un excès de connectivité au repos chez les synesthètes, notamment entre les régions frontales et occipitales. Il existait aussi un excès de connectivité chez les synesthètes entre les régions auditives primaires et la VWFA lors de l’écoute de langage par rapport au silence. Enfin, nous avons souligné l’importance de cette connectivité fronto-occipitale en étudiant le cas d’un patient atteint d’une cécité corticale suite à des lésions des aires associatives visuelles, avec épargne partielle du cortex visuel primaire. Malgré l’absence de conscience du patient de toute stimulation visuelle, celle-ci activait chez lui une région du cortex visuel primaire. Par rapport aux contrôles, cette région avait une connectivité au repos diminuée avec une région frontale gauche, déjà identifiée comme ayant un rôle dans la prise de conscience de stimuli visuels. Au total, nos travaux ont permis de mieux caractériser le phénomène de la TTS, et d’en préciser les substrats neuronaux. Ils ont aussi apporté des arguments pour le rôle des régions impliquées dans les modèles actuels du langage et de la lecture.
Origine : Version validée par le jury (STAR)