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Traitement cortical de l’espace visuel: rétinotopie ou “perceptopie” ? – PERCEPTOPY

Nature des représentations de l'espace visuel dans le cerveau

Comment le cerveau représente-t-il l'espace visuel: tel qu'il se projète sur la rétine (représentations objectives) ou tel que nous le percevons (représentations subjectives)? Ce projet questionne le dogme selon lequel le système visuel s'appuie sur des représentations purement objectives. <br />

Mise en évidence de représentations subjectives de l'espace visuel

Ce projet vise à mieux comprendre la nature des représentations de l'espace visuel générées dans le cerveau. Notamment, il s'agit de questionner l'idée largement répandu selon laquelle ces représentations reflètent les propriétés objectives des images qui se forment sur les rétines. Au vue de données récentes, nous posons l'hypothèse que ces représentations pourraient davantage refléter l'interprétation subjective que nous tirons des propriétés des images rétiniennes. Pour adresser cette question, il est nécessaire de pouvoir dissocier les qualités objectives et subjectives de l'espace visuel tout en recherchant dans l'activité cérébrale des corrélats de représentations objectives ou subjectives. Une meilleure connaissance de la nature des représentations spatiales dans le cerveau pourrait donner jour à des systèmes de vision articifielle plus flexibles et adaptatifs que les systèmes actuels. <br />

Il est possible de dissocier les propriétés objectives et subjectives de l'espace visuel au moyen d'informations contextuelles. Ces dernières peuvent induire des interprétations subjectives distinctes à partir d'une même propriété objective. Ainsi, une image de taille constante sur la rétine peut être interprétée comme induite par un objet petit ou gros, selon que le contexte spécifie une distance proche ou lointaine de l'objet, ou bien que son apparition entraîne une récompense forte ou petite. Ces dissociations sont utilisées pour rechercher dans le cerveau des corrélats de représentations objectives et subjectives: seules les dernières sont affectées par la manipulation du contexte. Dans le présent projet, ces représentations et leur dépendance au contexte sont mesurées grâce à des techniques d'imagerie fonctionnelle (IRM fonctionnelle) et d'enregistrements cellulaires (électrophysiologie) à la fois chez l'homme et chez le primate non-humain.

La première partie de ce projet s'est principalement attachée à caractériser comment la manipulation d'informations contextuelles pouvait moduler la position ou la taille perçue d'objets visuels. Nous avons démontré l'utilisation d'informations spatiales collectées en vision périphérique ainsi que la nature latéralisée de ces informations. Nous avons aussi établi qu'un objet visuel est perçu d'autant plus gros qu'il est associé à une plus forte promesse de récompense. Ces données permettent d'étudier les corrélats de ces dissociations au moyen de techniques d'imagerie fonctionnelle.

Cette première partie du projet a permis de caractériser comment des informations contextuelles (informations collectées par la vision périphérique, ou encore signaux de récompense) modulent les interprétations subjectives d'objets visuels dont les propriétés spatiales sont objectivement constantes. Ces connaissances permettent de rechercher des corrélats cérébraux des modifications subjectives de l'espace visuel induites par la manipulation de signaux contextuels.

Les études de ce premier volet du projet ont donné lieu à un article publié (Camors, Jouffrais, Cottereau, Durand. Vision Res, 2015 PMID: 25749676) et 2 articles en préparation, présentés en conférences (Aedo-Jury, Cottereau, Trotter, Durand, Perception 2

De nombreuses cartes du champ visuel ont été documentées dans le cortex visuel des primates humains et non-humains. Ces cartes sont généralement appelées "cartes rétinotopiques" parce qu'elles sont sensées entretenir une correspondance topographique stricte avec l’espace rétinien. Ainsi, connaître la position et la taille d'un stimulus sur la rétine doit être suffisant pour prédire la position et la taille de l'activation induite par ce stimulus dans ces cartes corticales. Cette organisation rétinotopique est largement considérée comme un principe organisationnel central pour le traitement visuel. Pourtant, des études récentes en imagerie fonctionnelle sont venues contester ce point de vue. La principale conclusion de ces études est que, dans ce qui est considéré comme l'exemple le plus typique de carte rétinotopique, à savoir l'aire visuelle primaire (V1), la taille des activations induites par des stimuli reflète la taille perçue de ces stimuli plutôt que leur taille réelle sur la rétine. Si cette conclusion surprenante devait être confirmée, les modèles actuels du traitement visuel pourraient bien nécessiter une révision majeure.
L'objectif de ce projet est de questionner cette découverte potentiellement importante: y a-t-il une représentation strictement rétinotopique de l'espace visuel dans ces cartes corticales et / ou une représentation dynamique qui reflète la façon dont l'espace visuel est perçu ? Afin de bien distinguer "rétinotopie" de "perceptopie", il est nécessaire de lever certaines limitations des études mentionnées ci-avant. La limitation la plus sévère est que le signal IRMf donne peu d'informations sur la façon dont l’espace visuel est représenté au niveau des champs récepteurs neuronaux. Il est largement admis que la taille et la position des champs récepteurs sont déterminées par l’arrangement fin des connexions anatomiques, alors que ces découvertes récentes suggèrent que ces propriétés des champs récepteurs puissent être modifiées de façon dynamique. Une autre limitation est que l'approche IRMf développée dans ces études n'était pas assez sensible pour aborder les aires visuelles au-delà de V1. Une vue plus exhaustive des propriétés de ces cartes corticales est nécessaire pour comprendre leurs points communs et leurs particularités.
Dans ce projet, nous proposons une approche intégrée qui permettra de surmonter ces limitations. D'une part, nous aborderons trois niveaux d'analyse: la perception – les cartes corticales du champ visuel – les champs récepteurs neuronaux, en combinant psychophysique, IRMf et enregistrements cellulaires chez le primate non humain. Les approches en psychophysique et en imagerie fonctionnelle seront menées en parallèle chez l'homme, afin d'évaluer la validité du modèle animal et de transférer plus directement à l'homme les résultats obtenus chez l’animal au niveau neuronal. D'autre part, nous améliorerons considérablement la force de l'approche en IRMf en adaptant des méthodes normalement dédiées à la cartographie rétinotopique et permettant d'adresser des cartes corticales bien au-delà de V1. En reliant représentations perceptuelle, corticale et neuronale de l'espace visuel, chez les primates humains et non-humains et à travers des territoires corticaux plus vastes, ce projet devrait apporter de nouvelles connaissances sur le traitement cortical de l'espace visuel, améliorant ainsi notre compréhension des opérations neuronales par lesquelles nous percevons l’espace environnant. Nos résultats pourraient bien confirmer une souplesse inattendue de ces cartes corticales et conduire ainsi à une actualisation de nos modèles du système visuel.
L'ensemble du projet sera réalisé à Toulouse (Institut du Cerveau), par une équipe dotée des compétences scientifiques et méthodologiques nécessaires, au sein d’une plate-forme équipée d'un scanner 3T dédié à la recherche chez l’homme et le singe ainsi que de plusieurs laboratoires pour la psychophysique et les enregistrements cellulaires.

Coordinateur du projet

Monsieur Jean-Baptiste DURAND (Centre de Recherche Cerveau et Cognition) – jbdurand@cerco.ups-tlse.fr

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

UPS-CerCo Centre de Recherche Cerveau et Cognition

Aide de l'ANR 283 459 euros
Début et durée du projet scientifique : février 2014 - 48 Mois

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