Les facultés sensorielles

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. 

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.

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. 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.

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. Chez les arthropodes enfin 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 aux 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.

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

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.

Le système olfactif humain est capable de distinguer 400000 odeurs différentes mais à courte distance uniquement. C'est grâce à lui que nous percevons les nuances des arômes et de la nourriture. Mais sa sensibilité 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. Grâce à ces facultés, un chien est capable de détecter les phéromones 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 les serpents comme les pythons, les narines sont non seulement reliées par des fibres nerveuses aux centres olfactifs mais elles sont en plus couplées à l'organe de Jacobson. Le palais de la gueule du serpent contient une paire de cavités sensibles aux molécules odorantes véhiculées par sa langue fourchue. C'est pour cela qu'il l'agite sans cesse devant lui pour sentir les odeurs de son environnement.

Dans le bulbe olfactif, 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. 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.

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'insectes utilisent des phéromones, des substances chimiques qui provoquent un comportement particulier chez un autre individu de la même espèce : rapprochement sexuel, comportement de groupe, alarme, suivi d'une piste, etc.

Involontairement l'homme est également sensible à ces substances. Elles contribuent inconsciemment à la séduction du partenaire sexuel, l'attirance pour certaines odeurs et régulent par exemple le cycle menstruel de jeunes femmes vivant ensembles (internat, etc).

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.

Bien que l'on parle souvent de "saveur" lorsqu'on goûte les aliments, en réalité la saveur est essentiellement olfactive. Nous savons tous que si nous perdons la faculté olfactive, 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 facultés gustatives.

L'organe gustatif, la langue chez les vertébrés supérieurs, est sensible aux qualités sucrée, salée, acide et amer. La langue présente donc un spectre de sensibilité beaucoup plus réduit que le nez. Les récepteurs gustatifs ne sont pas distribués de manière quelconque sur la langue. Depuis les travaux du physiologiste allemand Adolf Fick au XIX^eme siècle, on peut définir 4 régions, chacune dévolue à une qualité : sucrée (pointe avant de la langue), salée (régions latérales postérieures), acide (régions latérales antérieure) et amer (région postérieure). Selon le Japonais Kikunae Ikeda (1908), il existe également une cinquième saveur, l’umami, (de umai, "délicieux" en japonais) qui rehausse les saveurs et contribue à la sensation de satiété. C'est une qualité que les professionnels de l'alimentation connaissent bien à travers l'usage du glutamate de sodium.

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. 

Enfin, la vue joue parfois un rôle prépondérant dans la sélection des aliments. Ainsi, en présence d'un aliment étrange et inconnu, sa couleur 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 non identifiable (du haché ou une pâte colorée en bleu 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. Si on nous avait dit auparavant qu'il s'agissait de chaire 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 le fait qu'au cours de la vie nous associons le bleu et ses dérivés vert de gris à la pourriture, au manque de fraîcheur, à la mort, bref à d'éventuels poisons. De ce fait, instinctivement 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). En revanche, certains gourmets n'hésitent pas à manger des oeufs pourris (ils sont noirs) ou de la viande faisandée...mais personne n'en est jamais mort.

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, du moins pour le goût. Il y beaucoup de choses à dire et bien des notions subjectives discutables !

Dernier chapitre

Le "sixièmes sens"