Perception et production du trait de nasalité vocalique chez l’enfant porteur d’implants cochléaires (Perception and production of the nasal vowels in cochlear implanted children) (2020)

Abstract: L’implant cochléaire, malgré une amélioration considérable de la perception auditive, ne fournit qu’une information acoustique partielle, pouvant donner lieu à des difficultés de perception de certains contrastes phonétiques. L’étude présentée vise à déterminer les compétences de perception et de production des voyelles nasales et orales d’enfants porteurs d’implants cochléaires en comparaison aux compétences d’enfants normo-entendants. Malgré des résultats très satisfaisants dans les deux groupes, on observe des patterns d’erreurs spécifiques au groupe d’enfants implantés dans les tâches perceptives, ainsi que certaines particularités dans la réalisation phonétique des voyelles nasales, portant notamment sur les valeurs de bande passante.

## introduction les voyelles nasales, du fait de leur réalisation articulatoire impliquant le couplage de trois systèmes de résonance, donnent lieu à un signal acoustique riche et complexe. dans ce cadre, il y a lieu de s'interroger sur la perception de cette classe de phonèmes auprès des personnes atteintes de surdité, dont l'accès à l'information acoustique est limité, la lecture labiale ne permettant pas de distinguer la nasalité vocalique @xcite . en ce qui concerne plus particulièrement la population atteinte de surdité et porteuse d'un implant cochléaire, il y a lieu, qui plus est, de se questionner sur la représentativité du signal émis par le dispositif -celui-ci étant composé de 12 à 22 électrodes de transmission contre des milliers de cellules ciliées dans l'oreille saine. @xcite ont notamment mis en évidence des difficultés à discriminer des voyelles orales aux bandes passantes plus larges auprès d'une population implantée. borel (2015) a centré différentes recherches sur la perception de la nasalité auprès d'une population adulte implantée (76 implantations unilatérales, 6 implantations bilatérales), au sein de différents paradigmes expérimentaux. les 82 sujets testés ont présenté, dans une tâche d'identification phonémique, des performances significativement inférieures à celles de leurs pairs entendants en ce qui concerne la perception des voyelles nasales, qu'ils perçoivent comme des voyelles orales, et ce même après un délai post-implantation d'un an. dans son étude de 2018, crouzet a investigué la perception des consonnes et voyelles nasales auprès de 19 participants normo-entendants, en traitant les phonèmes utilisés via un vocodeur permettant de simuler la déformation sonore liée à l'implant en faisant varier différents paramètres permettant de moduler la résolution spectrale du son. les résultats sont très marqués : tandis que les sujets ne présentent pas de difficulté accrue à traiter la nasalité au sein des consonnes -avec une tendance à l'amélioration des performances avec l'augmentation de la résolution spectrale -les voyelles nasales sont significativement moins bien perçues, quel que soit le paramétrage sélectionné pour les synthétiser. ces différentes études corroborent l'hypothèse de difficultés accrues dans la perception des voyelles nasales chez les individus porteurs d'implant(s) cochléaire(s). toutefois, nous notons l'absence d'études portant sur les compétences de production de cette distinction entre voyelles orales et nasales chez les individus porteurs d'implant(s) cochléaire(s) : est-ce que les déficits perceptifs se manifestent par une distinction moins marquée des voyelles orales/nasales en production ? de plus, la perception de la distinction des voyelles orales/nasales n'a été évaluée que chez l'adulte implanté. qu'en est-il de l'enfant atteint de surdité pré-linguale porteur d'implants cochléaires ? par ailleurs, les études de la perception du son au travers d'un vocodeur par des sujets normoentendants, outre le fait qu'elles peuvent ne pas représenter précisément l'input auditif perçu au travers de l'implant, ne permettent pas de rendre compte des stratégies perceptuelles mises en place par la population implantée. l'étude décrite ci-après vise à répondre à ces interrogations, en investiguant les capacités de perception et de production de voyelles orales et nasales auprès d'enfants atteints de surdité pré-linguales et porteurs d'implants cochléaires. ## résultats pour la tâche d'identification, on observe tout d'abord significativement (u(1) =462084 ; p<.001) de moins bonnes performances chez les enfants ic (88,5%) que chez les enfants ne (97,8%). une analyse des comparaisons spécifiques indique que les différences de performance sont associées aux phonèmes /ɑ / avec une performance de 90% pour le groupe ne contre 75% pour le groupe ic (u(1) = 79,5 ; p=.009) ; aux phonèmes /a/ avec une performance de 98% pour le groupe ne contre 87,5% pour le groupe ic (u(1) = 88,5 ; p=.021) et aux phonèmes /u/ avec une performance de 100% pour le groupe ne contre 76,92% pour le groupe ic (u(1) = 37,5 ; p<.001). tableau 1 : matrice de confusions des enfants normo-entendants (ne) et implantés (ic) pour chacun des phonèmes-cibles. lorsque l'on examine la matrice de confusion (tableau 2), on voit que l'erreur la plus fréquente aussi bien chez les enfants ic que les enfants ne sont les substitutions des phonèmes /ɑ / par /ɔ /. chez les enfants ic, les erreurs les plus fréquentes et peu/pas observées chez les enfants ne sont des substitutions des phonèmes /u/ par /o/, et de /ɛ / par /a/, et de /a/ par /ɛ /, de /u/ par /ɛ/ et de /ɔ / par /ɑ /. pour la tâche de discrimination, la moyenne des scores d' des enfants ne (4,41 -ce qui correspond à 98,45%) est significativement plus élevée que celle des enfants ic (4,12 -ce qui correspond à 94,87%), témoignant de moins bonnes capacités de discrimination chez ces derniers (u(1) = 11421 ; p=.04). en analysant plus spécifiquement les scores d', nous voyons des différences significatives entre les deux groupes pour /ɛ /-/a/-/ɛ/ (@xmath0.21 ; @xmath1.47 ; u(1)=1233.5 ; p=.027), et /ɔ /-/u/-/o/ (@xmath2.86 ; @xmath3.39 ; u(1)=1153 ; p=.013), les enfants ic commettant davantage d'erreurs que les enfants ne. on observe des performances équivalentes des deux groupes pour /ɑ /-/a/-/o/ (u(1) = 1434 ; p=.808). pour la tâche de répétition, on observe que les deux groupes ont des performances élevées, le taux d'erreurs étant très bas pour ce qui est de l'adéquation des deux voyelles produites au sein de chaque pseudo-mot, les enfants ic étant néanmoins globalement significativement meilleurs (u(1) =469694 ; p=.01). en ce qui concerne les mesures de durées des phonèmes en fonction du type de voyelle (figure 1 ), on constate : (1) que les voyelles nasales sont significativement plus longues lors de la production (@xmath4,097s -@xmath5,135s -(u)=808056 ; p<.001), et (2) que les enfants du groupe ic produisent des segments significativement plus longs que ceux du groupe ne, et ce aussi bien pour les voyelles orales (@xmath6,093s -@xmath7,105s -(u)=193408 ; p<.001) que nasales (@xmath8,129s -@xmath9,147s -(u)=11262,5 ; p<.001). l'analyse des valeurs de f1, f2 et f3 au sein des deux groupes, indique : (1) que les deux groupes présentent des valeurs formantiques similaires pour les voyelles nasales sauf pour le phonème /ɛ / dont la valeur de f2 est significativement plus élevée au sein du groupe ic, (2) qu'en ce qui concerne les voyelles orales, il existe des différences significatives pour les valeurs de f1 de /a/ et /o/ qui sont plus élevées chez les enfants du groupe ic, et pour les valeurs du f2 du /o/ et /u/ qui sont cette fois moins élevées chez le groupe ic. nous avons également comparé, entre les deux groupes, les distances euclidiennes dans le plan f1/f2 entre les paires de phonèmes associés selon leur proximité phonétique ou phonologique. on constate que les groupes diffèrent significativement pour les valeurs de distances euclidiennes de /ɑ / et /o/, la distance relative entre ces deux phonèmes étant plus faible chez les ic par rapport aux ne. figure 1 (gauche) : moyennes des durées segmentales, en fonction du groupe et du type de voyelle -figure 2 (droite) : moyennes des valeurs moyennes de bandes passantes des trois premiers formants, en fonction du groupe et du type de voyelle. enfin, nous avons comparé, entre les deux groupes, les moyennes des bandes passantes des trois premiers formants (figure 2 ), pour chaque type de voyelle (orales/nasales). on observe une différence significative entre les valeurs de bande passante de f1 : (1) pour les voyelles orales ((u)=80056 ; p=.030), les enfants ic ayant des valeurs supérieures (@xmath10,44 hz; @xmath11,00 hz), et (2) pour les nasales ((u)=170372,5 ; p=.006), les enfants ic ayant des valeurs plus basses (@xmath12,24 hz; @xmath13,14 hz), mais également des différences significatives sur les valeurs de bande passante de f3 uniquement pour les nasales ((u)=176371 ; p<.001), les enfants ic ayant alors des valeurs plus élevées (@xmath14,9 hz; @xmath15,77 hz). par ailleurs, un effet d'interaction significatif entre la variable groupe et la variable nasalité sur les valeurs de bande passante de f1 (f(1, 2064)= 14,919 : p<.001) a été mis en évidence : les enfants ne marquent de façon nette la nasalité par une augmentation de 212%, correspondant à une augmentation de 168 hz, l'augmentation de bande passante des nasales pour le groupe ic n'est que de 126%, correspondant à une augmentation de 56 hz. ## discussion tout d'abord, en ce qui concerne la première tâche perceptive (identification de pseudo-mots au sein de phrases), notons que les enfants ic, malgré des performances moins élevées que le groupe ne, présentent des performances assez satisfaisantes de presque 90% de réponses correctes. lors de la tâche de discrimination, les enfants ic ont à nouveau présenté des scores inférieurs aux ne. en outre, l'erreur la plus fréquente lors de la tâche d'identification au sein du groupe ic porte sur le phonème nasal /ɑ / confondu avec une autre nasale /ɔ /, et davantage d'erreurs au sein du triplet /ɑ /-/a/-/o/ lors de la tâche de discrimination, erreurs qui sont également les plus fréquentes dans le groupe ne, ne semblant pas témoigner de difficultés spécifiques au groupe ic. par ailleurs, on note certaines erreurs chez les ic qui sont très peu présentes voire totalement absentes chez les enfants ne, à savoir : (1) des erreurs de confusion entre les phonèmes /ɛ / et /a/, ou sur le phonème /u/, confondu avec /o/ et /ɛ/ lors de la tâche d'identification, et (2) davantage d'erreurs pour /ɛ /-/a/-/u/ et /ɔ /-/o/-/u/ en discrimination. des confusions entre voyelles nasales /ɛ /, /ɔ / avec les orales /a/, /o/, /u/ proches phonétiquement avaient déjà été rapportées comme une erreur fréquente dans la population implantée adulte @xcite , ce qui corrobore l'hypothèse d'une difficulté à percevoir la nasalité de certains phonèmes, alors confondus avec une voyelle orale proche phonétiquement. pour ce qui est du phonème /u/, nous n'avions pas connaissance d'études ayant rapporté de difficultés de perception de ce phonème chez l'enfant implanté. nous pouvons évoquer comme piste explicative la compacité de ce phonème, ayant des valeurs formantiques plus basses et très rapprochées par rapport aux autres voyelles orales du français. du fait du manque relatif de finesse des informations spectrales par l'implant, notamment en basses fréquences les informations spectrales liées à ce phonème pourraient être moins bien perçues et donner lieu à des confusions. le phonème /o/, ayant des valeurs spectrales proches de ce phonème, est un parfait candidat pour le substituer. de plus, /u/ et /o/ ont une configuration articulatoire proche, du moins sur la dimension la plus visible, à savoir l'arrondissement des lèvres. au niveau de la production, on a remarqué des performances similaires entre les deux groupes d'enfants, les enfants ic n'ayant donc pas de difficultés à répéter adéquatement des pseudo-mots contenant des voyelles orales ou nasales. toutefois, nous remarquons des différences se marquant au niveau acoustique. tout d'abord, les enfants ic présentent des durées phonémiques plus élevées que les ne, cet allongement étant davantage marqué sur les voyelles nasales. sachant que l'allongement de la durée des segments aide à la perception de la nasalité @xcite , il est possible que cet allongement témoigne de l'utilisation d'indices temporels dans la perception et la production de segments vocaliques. pour ce qui est des valeurs formantiques, on remarque que les valeurs sont pratiquement similaires au sein des trois premiers formants pour la production des voyelles orales et nasales, traduisant un geste articulatoire très proche entre les deux groupes. les quelques différences portent sur les voyelles orales /a/ et /o/ ayant des valeurs de f1 plus élevées, pouvant traduire une aperture plus importante, et /o/, /u/ dont les valeurs de f2 sont plus faibles, peut-être donc davantage antériorisées. la voyelle nasale /ɛ / présente quant à elle des valeurs de f2 plus élevées, témoignant d'une antériorisation de cette voyelle. par ailleurs, nous avons mesuré les distances euclidiennes entre chaque voyelle nasale et son correspondant phonétique et phonologique au sein des deux groupes. on a remarqué une tendance générale à produire de façon plus proche des paires dites « phonétiques » (/ɑ / et /o/, /ɛ / et /a/, /ɔ / et /o/) montrant à nouveau que ces paires de phonèmes semblent plus proches perceptuellement et qu'il y a donc lieu de les voir comme les principaux correspondants de l'opposition « orale/nasale ». cette observation corrobore celle de différents auteurs ayant rapporté davantage de proximité perceptuelle et acoustique entre ces différentes paires @xcite . par ailleurs, nous avons noté que les distances euclidiennes de l'opposition /ɑ / et /o/ étaient plus faibles au sein des productions des enfants ic, signifiant encore davantage de proximité dans la réalisation acoustique de ces deux phonèmes. enfin, les analyses réalisées sur les bandes passantes des formants nous ont permis de montrer, d'une part, une augmentation significative généralisée de la bande passante de f1 et f3 pour les voyelles nasales au sein des deux groupes, et, d'autre part, une augmentation moindre pour les enfants ic par rapport aux enfants ne sur les valeurs de bande passante de f1. l'augmentation de la bande passante pour les voyelles nasales avait déjà été rapportée dans la littérature. les auteurs justifient cette augmentation par un amortissement du pic fréquentiel liée à la mise en résonance des cavités nasales, dont la surface plus étendue et surmontée d'une muqueuse absorbante va amortir le son, augmentant sa bande passante et diminuant son intensité @xcite . nos résultats confirment que la nasalité est bien associée à des valeurs de bande passante augmentées, du moins pour f1 et f3. par ailleurs, nous avons vu que cette augmentation liée à la nasalité se réalisait de façon moins importante pour les valeurs de f1 dans notre groupe ic, d'une part car les valeurs de bande passante étaient plus élevées pour les voyelles orales, et d'autre part car ces valeurs étaient beaucoup plus faibles pour les voyelles nasales, donnant une augmentation très faible liée à la production de la nasalité (d'environ 120% contre 210% pour les ne). ces différences suggèrent une production atypique des voyelles, avec une faible différenciation des voyelles nasales et orales concernant les valeurs de bande passante. or, si cette augmentation de bande passante traduit la mise en résonance de la cavité nasale, il est ainsi possible que les mouvements du port vélo-pharyngé soient imprécis, incomplets ou encore absents lors de la transition entre résonance orale et nasale. cette proposition serait congruente avec les résultats de l'étude de baudonck, van lierde, d'haeseleer et dhooge (2015), observant en nasalance davantage de nasalité dans le timbre des enfants ic. si les enfants ic ont des difficultés à gérer le contrôle entre nasalité et oralité via les mouvements de leur port vélo-pharyngé, il est normal que ceux-ci présentent une résonance nasale plus proche lors de sons oraux et nasaux. notons toutefois que ces différences n'ont pas été perçues lors des productions qui ont été identifiées comme adéquates à plus de 95%, pouvant laisser penser à l'emploi de stratégies alternatives permettant la production de variantes phonétiques adéquates pour permettre de distinguer les voyelles orales des voyelles nasales. l'allongement des segments oraux et nasaux observé chez les enfants ic, combiné à une configuration articulatoire orale très proche de la réalisation phonétique des voyelles nasales, pourrait ainsi constituer une stratégie efficace de marquage de la nasalité vocalique. les erreurs observées lors des tâches de perception et les particularités relevées lors des productions de segments oraux et nasaux peuvent être mises en lien. en effet, si l'implant cochléaire transmet incomplètement et de manière atypique les informations spectrales nécessaires à la perception de certains indices acoustiques, comme la nasalité vocalique, l'enfant présentera, dès lors, des difficultés à traiter ces phonèmes mais aussi à les produire, du fait du fonctionnement imprécis de la boucle audio-phonatoire. le fonctionnement de cette boucle permet un feedback auditif à l'enfant de ses propres productions, permettant lors de son développement de les ajuster afin de maîtriser les sons de sa langue. or, si le système auditif est défaillant, la boucle audio-phonatoire fonctionnera de manière imprécise, donnant un feedback biaisé de l'enfant sur ses propres productions. on peut donc aisément imaginer que si certains traits phonologiques ne sont pas perçus adéquatement, ils seront également sujets à des imprécisions au niveau articulatoire. ceci pourrait expliquer les particularités acoustiques relevées dans notre groupe d'enfants implantés concernant la production des voyelles nasales. ## conclusion ces résultats semblent intéressants à prendre en compte pour le diagnostic et la prise en charge des enfants porteurs d'implants cochléaires. en effet, malgré des performances en apparence très satisfaisantes, les patterns d'erreurs en perception et les particularités en production laissent à penser que le signal acoustique n'est pas traité de la même manière chez l'enfant implanté et chez l'enfant normo-entendant. par ailleurs, bien que les résultats obtenus par les enfants implantés de notre étude soient en apparence très proches de ceux obtenus par les enfants normo-entendants, il faut garder à l'esprit que les tâches administrées ne reflètent peut-être pas le fonctionnement perceptif et productif de l'enfant dans sa vie de tous les jours, où il sera confronté à du bruit, différents locuteurs, des états de fatigue et de santé variables, ou tout autre facteur pouvant limiter la mise en place de stratégies de compensation pour percevoir adéquatement un input auditif dégradé. de plus, notons que le trait phonétique de nasalité a été ici évalué dans un contexte lexical. bien que les mots-cible aient été des pseudo-mots, l'association préalable avec des personnages les ont lexicalisés, et, en outre, ces motscible étaient présentés aussi bien en perception qu'en production comme des éléments saillants au sein de phrases. de plus, les possibilités de réponse étaient restreintes aux choix proposés à l'enfant, on peut se demander, en contexte d'identification libre des phonèmes, comment les enfants implantés classifient les sons de parole perçus. si l'on remarque certaines particularités perceptives et productives dans des contextes privilégiés comme ceux-ci, qu'en est-il du traitement de ce type de contraste phonétique au sein de segments moins saillants et plus abstraits du langage, comme les morphèmes grammaticaux ? les morphèmes grammaticaux sont davantage vulnérables à des