Les recherches de Giovanni Di Liberto au sein du LSP portent sur la compréhension des mécanismes cérébraux sous-jacents à la perception de sons complexes, tels que la parole et la musique. Le cerveau humain contient des milliards de neurones qui interagissent les uns avec les autres au moyen de signaux électriques. Dans le cadre de ces travaux, Giovanni Di Liberto mesure cette activité électrique à l'aide de capteurs d'électroencéphalographie non invasive (EEG) placés à la surface du cuir chevelu, ou à l'aide de capteurs invasifs insérés à l'intérieur du cerveau d'un patient avant les opérations neurochirurgicales (électrocorticographie - ECoG) . 

Mais le cerveau humain effectue d'innombrables opérations en même temps et isoler le signal neuronal concerné devient alors difficile. « Ma formation en informatique m'offre les outils nécessaires pour isoler et étudier ce signal électrique neuronal correspondant à la perception du son. Plus précisément, je développe et utilise des stratégies d'analyse de données sophistiquées pour identifier les processus neuronaux responsables de la transformation d'un stimulus sensoriel en sa signification abstraite. » 
L'impact de ces travaux dans le domaine de la recherche appliquée est significatif. Il permet de mieux comprendre et d'évaluer objectivement les fondements neuronaux des déficits auditifs et du langage, tout en contribuant aux solutions d'interface cerveau-ordinateur. Ces travaux ont notamment contribué à développer le prototype d'un nouvel appareil acoustique qui amplifie la conversation d'un seul interlocuteur parmi toutes les voix environnantes. C'est une fonctionnalité particulièrement utile dans les environnements bruyants, où les utilisateurs d'appareil acoustiques ont généralement du mal à identifier une voix faible parmi d'autres (http://cocoha.org).

Dans ses récents travaux sur la perception de la musique publiés dans eLife (*), Giovanni Di Liberto a utilisé de telles méthodologies pour mesurer l'activité neuronale correspondant à la perception de mélodies pour piano tirées de sonates et de partitas de Jean Sébastien Bach. En collaboration avec une équipe de chercheurs, il a en effet pu mesurer un signal cérébral reflétant la prédiction des notes musicales à venir. "Nous avons fourni de nouvelles preuves sur la façon dont notre cerveau apprend la structure de la musique et identifié où cela se produit dans le cerveau. Comprendre ces mécanismes prédictifs est essentiel pour comprendre pourquoi la musique est si importante pour nous". Des mécanismes prédictifs similaires sont connus pour soutenir une variété d'autres tâches, telles que la compréhension du langage, et peuvent éventuellement constituer une propriété fondamentale de nos fonctions cérébrales (théorie du codage prédictif).

"Nos résultats ont permis d'identifier un modèle informatique de perception musicale (IDyOM ; Marcus Pearce, 2005) comme modèle potentiel décrivant comment le cerveau humain apprend et traite la structure et les attentes musicales." Ce qui permet de mieux comprendre les mécanismes cérébraux impliquant des prédictions auditives. "Notre méthodologie pourrait constituer une solution pour l'évaluation objective du traitement neural prédictif, ce qui pourrait conduire à une meilleure compréhension des déficits de traitement auditif et du langage qui y sont liés. Ces travaux constituent également la base d'une nouvelle approche potentielle pour développer des biomarqueurs pour le suivi ou le diagnostic des troubles auditifs et du langage".
 

PLUS D'INFOS 

• (*) Di Liberto GM, Pelofi C, Bianco R, Patel P, Mehta AD, Herrero JL, de Cheveigné A, Shamma S, Mesgarani N. (2020), Cortical encoding of melodic expectations in human temporal cortex, Elife, 3;9. pii: e51784. doi: 10.7554/eLife.51784.
• Communiqué de presse CNRS "Le codage cérébral des attentes mélodiques (.pdf)
• Site internet de Giovanni Di Liberto
• Site internet du Laboratoire des Systèmes Perceptifs