Context effects in ambiguous frequency shifts : a new paradigm to study adaptive audition

par Claire Chambers

Thèse de doctorat en Sciences cognitives

Sous la direction de Daniel Pressnitzer.

Soutenue le 20-11-2013

à Paris 5 , dans le cadre de École doctorale Cerveau, cognition, comportement (Paris) , en partenariat avec Laboratoire psychologie de la perception (laboratoire) .

Le président du jury était Jean-Luc Schwartz.

Le jury était composé de Daniel Pressnitzer, Jean-Luc Schwartz, Rhodri Cusack, Andrew J. Oxenham, Israel Nelken, John Rinzel.

Les rapporteurs étaient Rhodri Cusack, Andrew J. Oxenham.

mots clés

• Sciences cognitives
• Perception auditive
• Stimulation sensorielle

Titre traduit

Effets de contexte dans les changements de fréquence ambigus : un nouveau paradigme pour étudier l'audition adaptative

Résumé

Dans cette thèse, nous avons développé un nouveau paradigme expérimental pour étudier comment l'histoire sensorielle récente (le contexte) affecte un aspect fondamental de la perception auditive, la comparaison de composantes fréquentielles successives. Les stimuli ont été conçus pour inclure des transitions ambiguës entre les composantes de fréquence, car nous avons émis l'hypothèse qu'une telle ambiguïté rendrait la tâche particulièrement susceptible de révéler des effets de contexte. Six expériences psychophysiques sont rapportées. En utilisant des paires de sons de Shepard (Shepard, J. Acoust. Soc. Am., 1964), nous démontrons d'abord un fort effet d'hystérésis lorsque des paires successives sont jugées, par lequel les essais passés affectent les jugements actuels. Nous isolons ensuite la cause de cet effet de contexte, en contrastant les rapports perceptifs pour une même paire de tests ambigus lorsqu'ils sont précédés de contextes différents. Nous montrons que les changements de fréquence sont préférentiellement rapportés lorsqu'ils englobent une région de fréquence qui a été stimulée pendant le contexte. Cet effet de contexte est rapidement introduit, puisqu'un seul ton aussi court que 20 ms peut produire un biais fiable. Mais il a également un effet durable sur la perception, qui persiste pendant plus de 30 secondes. En utilisant des paires d'accords aléatoires conçus pour inclure des décalages de fréquence ambigus, il est ensuite démontré que l'effet de contexte n'est pas spécifique aux tons de Shepard mais reflète plutôt un processus générique agissant sur la représentation tonotopique des sons. Enfin, l'effet de contexte est modulé à la fois par des manipulations de bas niveau (oreille d'entrée) et de haut niveau (attention sélective), suggérant une interaction entre plusieurs étapes de traitement pour le mécanisme neuronal sous-jacent. Nos résultats montrent que l'une des tâches les plus omniprésentes et les plus fondamentales du système auditif, la comparaison de composantes fréquentielles successives, n'est pas une fonction fixe du stimulus physique. Au contraire, elle est hautement malléable et dépend du contexte en cours.

mots clés

• Cognitive sciences

Résumé

In this thesis, we developed a new experimental paradigm for studying how recent sensory history (the context) affects a basic aspect of auditory perception, the comparison of successive frequency components. Stimuli were devised to include ambiguous transitions between frequency components, as it was hypothesized that such an ambiguity would make the task especially prone to reveal context effects. Six psychophysical experiments are reported. Using pairs of Shepard tones (Shepard, J. Acoust. Soc. Am., 1964), we first demonstrate a strong hysteresis effect when successive pairs are judged, whereby past trials affect current judgments. We then isolate the cause of this context effect, by contrasting perceptual reports for a same ambiguous test pair when preceded by different contexts. We show that frequency shifts are preferentially reported when they encompass a frequency regions that was stimulated during the context. This context effect is rapidly introduced, as a single tone as short as 20ms can produce a reliable bias. Yet it also has an enduring effect on perception, persisting over more than 30s. Using random chords pairs designed to include ambiguous frequency shifts, it then shown that the context effect is not specific to Shepard tones but rather reflects a generic process acting on the tonotopic representation of sounds. Finally, the context effect is modulated by both low-level (ear-of-entry) and high-level (selective attention) manipulations, suggesting an interplay between several processing stages for the underlying neural mechanism. Our findings show that one of the most ubiquitous and basic tasks of the auditory system, comparing successive frequency components, is not a fixed function of the physical stimulus. Rather, it is highly malleable and depends on the ongoing context.