Chez les humains, la vision est le principal canal de réception d’informations sur le monde. Il en va de même pour la majorité des animaux, même ceux qui sont nocturnes et qui doivent compter davantage sur les apports d’autres sens. Il existe cependant des exceptions: certains mammifères utilisent l’écholocalisation pour construire une image de leur environnement, en l’utilisant efficacement au lieu de la vision. Dans quelle mesure cette méthode de collecte d’informations est-elle efficace et peut-elle remplacer la vision avec succès?

Écholocalisation

L’écholocalisation est utilisée par plusieurs types d’animaux pour la navigation dans divers environnements. Les baleines, les dauphins et les chauves-souris émettent des cris (sons à haute fréquence) puis écoutent les échos renvoyés par les différents objets qui les entourent. La distance aux objets peut être estimée en fonction du délai entre la production de l’appel (clic) et la détection de l’écho. Puisque le son se déplace dans l’air à la vitesse de 340 m / s, un retard de 2 millisecondes, par exemple, signifierait que l’objet / la cible est à environ 34 cm. De plus, les sons voyagent plus rapidement dans l’eau que dans l’air, ce qui rend les signaux de cliquetis produits par les baleines de plus courte durée que les signaux produits par les chauves-souris. Certains signaux d’écholocalisation produits par les dauphins et les cachalots sont même audibles par l’homme.

L’écholocalisation et son importance dans le règne animal ont été largement étudiées. La nature fournit des exemples remarquables de l’efficacité de l’écholocation. Les chauves-souris détectent facilement de minuscules insectes à plusieurs mètres de distance dans l’obscurité totale. Certaines espèces de chauves-souris en Chine et en Amérique du Sud peuvent pêcher dans l’obscurité en utilisant l’écholocation, en détectant des ondulations à la surface de l’eau qui indiquent la présence de poissons sous la surface. Les cachalots utilisent l’écholocation pour trouver et attraper des proies, principalement des calamars géants, au fond de l’océan. Ces baleines peuvent plonger à une profondeur de bien plus de 2 kilomètres et naviguer dans des canyons sous-marins où vivent leurs proies.

Bien que l’écholocation puisse être très efficace, elle n’est pas particulièrement courante dans le règne animal et a été, en fait, développée indépendamment par plusieurs groupes d’espèces évolutives non apparentées. Ceci est nettement différent de la vision, qui est présente chez la majorité des animaux, avec des mécanismes perfectionnés au cours de millions d’années d’évolution ininterrompue.

Écholocalisation et vision chez les chauves-souris

Si l’écholocation fournit essentiellement les mêmes informations que la vision, l’écholocalisation peut-elle s’appuyer sur les processus cérébraux liés au traitement des informations visuelles?

Pour répondre à cette question, les scientifiques ont étudié les mécanismes cérébraux sous-jacents au traitement des signaux d’écho qui permettent aux animaux de cartographier les objets en termes de distance et de direction.

Récemment, une étude intéressante a été menée sur des chauves-souris dans le but de révéler ce qui se passe dans leur cerveau lorsqu’elles volent à travers une pièce remplie d’obstacles (c’est-à-dire des cylindres en plastique acoustiquement réfléchissants suspendus au plafond). Afin de déterminer les mécanismes sous-jacents à la navigation des chauves-souris autour de ces obstacles, les chercheurs ont réalisé des enregistrements neuronaux chronologiques simultanés.

Les résultats montrent que les chauves-souris ont ajusté leur vol et leur comportement sonar afin de répondre aux échos provenant des objets de la pièce. Les positions des objets changeaient au cours des sessions d’enregistrement, et les chauves-souris ont commencé leur vol à partir de différents points de départ pour s’assurer qu’elles ne s’appuyaient pas sur la mémoire spatiale des sessions précédentes et utilisaient uniquement des échos pour naviguer.

La découverte la plus importante a été l’identification de la région du cerveau qui a aidé les animaux à localiser les objets dans leur environnement. Les signaux d’écholocalisation ont été traités dans le colliculus supérieur, une structure située dans le mésencéphale. Le colliculus supérieur se compose de plusieurs couches qui répondent à différents types de stimuli. Des couches plus profondes du colliculus supérieur sont connues pour être impliquées dans le traitement des informations visuelles. Ainsi, il semble que l’écholocation puisse effectivement aider les animaux à obtenir une image de leur environnement aussi authentique que l’image reçue par les canaux visuels.

Écholocalisation et vision chez les humains

Selon les scientifiques, l’écholocation n’est pas un phénomène totalement étranger aux humains. Il semble que certains aveugles puissent être formés à l’écholocation.

Grâce à cette technique, ils peuvent localiser des objets en générant des clics de bouche et en écoutant leurs échos. Les échos renvoyés peuvent leur fournir des informations importantes telles que la position, la distance et même la taille ou la forme des objets.

Plusieurs études ont été menées afin de déterminer les mécanismes neuronaux sous-jacents impliqués dans l’écholocation humaine. Une étude a porté sur deux personnes compétentes en écholocation, l’une précoce et l’autre tardive. Les auteurs de l’étude ont mesuré l’activité cérébrale des deux participants pendant qu’ils écoutaient leurs propres sons d’écho. Ils ont comparé l’activité cérébrale avec des clics produisant des échos avec l’activité cérébrale des sons de contrôle qui ne produisaient pas d’échos.

Il s’est avéré que le traitement des sons d’écho active les régions du cerveau qui sont généralement associées à la vision plutôt qu’à l’audition. Plus spécifiquement, les signaux d’écho ont été traités dans le cortex visuel (plutôt que dans le colliculus supérieur comme chez les chauves-souris et autres animaux écholocalisants). Cependant, le traitement des informations visuelles chez l’homme est centré sur le cortex visuel plutôt que sur le colliculus supérieur, car le cortex visuel humain s’est considérablement développé par rapport à la plupart des animaux.

Ainsi, tant chez les animaux que chez les humains, les informations reçues par écholocalisation sont traitées dans les régions qui sont également principalement responsables du traitement des informations visuelles. Les curieux exemples d’écholocation humaine sont une parfaite illustration de la plasticité de notre cerveau et de sa capacité à s’adapter à des circonstances changeantes (cécité dans ce cas).

Une publication récente sur l’écholocalisation chez l’homme a passé en revue les applications de ce phénomène ainsi que les processus se produisant dans le cerveau des experts en écholocation (c’est-à-dire des personnes compétentes en écholocation). Ils ont rapporté que l’écholocation peut permettre aux aveugles de ressentir de petites variations dans l’emplacement, la taille et la forme des objets, ou même de distinguer différents matériaux dont les objets sont faits, simplement en écoutant les échos de leurs propres clics de bouche.

Il semble que l’écholocalisation puisse être perfectionnée par des personnes aveugles pour faciliter la gestion des tâches quotidiennes et atteindre un degré plus élevé d’indépendance. Sur la base d’études de neuroimagerie, la revue a confirmé que le traitement des signaux d’entrée des échos active le cortex visuel, une partie du cerveau qui soutiendrait normalement la vision dans le cerveau voyant.