Speech and predictive control of tongue movements by the brain

Production de parole et contrôle prédictif des mouvements de la langue par le cerveau Au cours des dernières décennies, diverses incarnations de la théorie du contrôle optimal ont été utilisées pour expliquer le contrôle coordonné par le cerveau de plusieurs degrés de liberté redondants lors des mouvements des bras ou des yeux. Néanmoins, la question de savoir si ces méthodes complexes sont nécessaires ou même utiles fait encore l’objet de débats. En particulier, lors de la parole, la biomécanique s’avère à elle seule jouer un rôle majeur dans la formation des trajectoires (Perrier et al. 2003). Pour répondre à cette question, cette thèse a développé un modèle de contrôle de la production vocale intégrant un cadre de contrôle optimal visant à minimiser l’effort (Todorov and Jordan 2002), et l’a opposé à un modèle de contrôle de la production vocale appelé GEPPETO, qui repose uniquement sur un contrôle anticipatif basé sur l’hypothèse du point d’équilibre (Patri, Diard, and Perrier 2015). Puisque les deux modèles contrôlent le même modèle du conduit vocal qui intègre l’effet crucial de la biomécanique orofaciale et un modèle harmonique de la transformation articulatoire-acoustique, les trajectoires générées avec les différentes stratégies de contrôle peuvent être comparées.En plus de cela, le cadre de contrôle de rétroaction optimale stochastique peut être utilisé pour étudier les réponses en ligne aux perturbations du feedback sensoriel. L’incorporation de bruit additif et dépendant du signal au niveau des retours sensoriels et des commandes motrices rend le modèle encore plus réaliste. Ainsi, nous pouvons prendre en compte l’impact de la variabilité motrice et sensorielle tout en préservant l’idée d’une allocation optimale de l’effort. De plus, nous pouvons explorer comment l’interaction entre les contraintes biomécaniques et les caractéristiques des retours sensoriels peut expliquer le contrôle audiomoteur en ligne.Enfin, puisque le contrôle optimal permet de prédire les trajectoires de mouvement, il ouvrela voie à l’étude d’une caractéristique importante qui a été peu explorée dans la modélisation du contrôle moteur de la parole : la coarticulation qui se produit lorsque des unités de pa-role successives s’influencent mutuellement aux niveaux articulatoire et acoustique. . Dans lalittérature, il a souvent été suggéré que l’unité de planification de la production vocale chezl’adulte est la syllabe (Bullock and Rhodes 2003, Levelt and Wheeldon 1994). Cependant,de nouvelles études (Ma, Perrier, and Dang 2015) ont rapporté des effets de coarticulation anticipatifs sur toute la séquence VCV en français mais pas en mandarin, et une planification au niveau supra-syllabique (Zeng, Niziolek, and Parrell 2023). À la fin de cette thèse, nous avons examiné l’impact des variations dans la spécification de notre modèle sur les modèles de coarticulation au sein et entre les syllabes des mots bi-syllabiques.En conclusion, dans cette thèse, nous illustrons comment le cadre de la théorie du contrôle optimal, combiné à l’effet de la biomécanique, peut rendre compte de divers aspects de la production de la parole. Tout d’abord, nous le présentons en contraste avec le modèle GEPPETO qui repose uniquement sur la biomécanique. Puis avec l’étude des feedbacks auditifs, aspect manquant dans le modèle GEPPETO. Enfin, nous étendons l’étude de modélisation évaluant les effets coarticulatoires initiée par (Perrier and Ma 2008).