Frédéric Gosselin

1. PSY 2055. Psychologie de la perception.Fondements physiologiques du traitement visuel de haut niveau. Frédéric Gosselin

2. Cours 2. Bases physiologiques 1 Cours 3. Bases physiologiques 2 Intro Corps genouillé latéral (LGN) droit lumière Corps genouillé latéral (LGN) gauche Cortex visuel primaire (V1)

3. Mouvement Cortex extrastrié Couleur Régions de traitement du signal visuel dans le cortex Cortex visuel primaire (V1) ou cortex strié Profondeur et taille

4. IRMf Premier enregistrement IRM : Lauterbur (1979).

5. CT (computed tomography) PET (positron emitting tomography) Photo MRI (magnetic resonance imaging)

6. IRMf http://psychology.uwo.ca/fmri4newbies/

7. Cortex visuel chez l’humain!

8. V3 V2 V5 (MT) V1 V4 Le cortex visuel Cortex pariétal postérieur Cortex extrastrié Cortex strié Région IT (Cortex Inférieur Temporal)

9. Diagramme des interactions entre les différentes aires visuelles

10. Diagramme simplifié Attention : l’information ne voyage pas dans un sens uniquement… Notion de traitement ascendant et descendant. Pariétal V5 (MT) Mouvement Cellule ganglion- naire M Système dorsal (“where”) V3 V2 V1 Magno LGN Cellule ganglion- naire P V2 V1 Parvo LGN Système ventral (“what”) V4 Couleur IT Forme

11. Évidences physiologiques des influences descendantes 2 démonstrations : • Le cortex visuel est « temporellement compact » • Des aires d’aussi bas niveau que V1 sont capable de réponses sophistiquées

12. Latence de réponse des différentes aires visuelles (Bullier, 2001) Le cortex visuel est temporellement compact

13. Réponses sophistiquées de V1 (Lee et al., 1998)

14. Organisation fonctionnelle : deux systèmes L’information en provenance de V1 est divisée en deux systèmes fonctionnellement distincts. Le système ventral (“what”) Ce système se termine dans IT et semble impliqué dans la perception d’objets, de scènes et de visages. Le système dorsal (“where”) Ce système se termine dans le cortex pariétal postérieur. Système dorsal Système ventral

15. Ungerleider et Mishkin (1981) Discrimination d’objet Double dissociation! Discrimination de repère

16. Mais Milner et Goodale (1995)… • … ont un problème avec la prétendue fonction de localisation spatiale (“where”) du système dorsal; selon eux, ce système jouerait plutôt une rôle dans la planification et l’exécution d’actes moteurs (c.-à-d. “how”). • Le patient D.F. souffre d’agnosie visuelle “aperceptive”. • Incapable de reproduire l’orientation d’une ouverture dans une “boîte à lettres”... • mais capable d’y “poster” une lettre. • D’autres patients ont des lésions dans leur système dorsal et • Sont capables de reproduire l’orientation d’une ouverture dans une “boîte à lettres”... • mais incapables d’y “poster” une lettre.

17. Milner et Goodale (1995)…

18. Illusion de Ebbinghaus-Titchener Aglioti, DeSouza & Goodale, 1995)

19. Illusion de Ebbinghaus-Titchener Aglioti, DeSouza & Goodale, 1995)

20. La modularité dans les systèmes “what” et “where”/“how” • Par “module” nous entendons une structure physiologique spécialisée dans le traitement d’un type d’information sensorielle (p. ex. le mouvement).

22. Diagramme simplifié Pariétal V5 (MT) Mouvement Cellule ganglion- naire M Système dorsal (“where”) V3 V2 V1 Magno LGN Cellule ganglion- naire P V2 V1 Parvo LGN Système ventral (“what”) V4 Couleur IT Forme

23. MT (V5) : un exemple de modularité dans le système dorsal • Newsome et Paré (1988) ont montré que les singes pouvaient détecter la direction d’un mouvement possédant une cohérence de 1% ou 2%. • La destruction de MT fait grimper ce seuil à 10% ou 20% de cohérence. 100% de cohérence 30% de cohérence 5% de cohérence

24. Agnosie visuelle du mouvement (akinétopsie) • Le patient L.M. : • N’a pas de problème de perception des parties (=> pas un problème sensoriel de bas niveau) • N’a pas de problème de perception des objets (=> pas une agnosie aperceptive) • Reconnaît les objets (=> pas une agnosie associative) • Mais n’arrive pas à voir le mouvement • P. ex. Quand elle verse de l’eau dans un verre, elle ne voit pas le niveau monter. Subitement il y a plus d’eau qu’il y en avait.

25. Pathologies du système ventral (temporal, “what”) • Reconnaissance des objets est altérée (agnosie visuelle). • Reconnaissance des visages est altérée (prosopagnosie). • Reconnaissance des mots est altérée (dyslexie).

26. Agnosie visuelle • Elle est caractérisée par une incapacité à reconnaître visuellement les objects malgrés une connaissance des caractéristiques de ces objets et une reconnaissance tactile ou auditive de ces objets.

27. Types d’agnosie visuelle • Problème sensoriel de bas niveau (jusqu’à V2 à peu près) • Le traitement visuel de bas niveau de la couleur, de la forme, du mouvement et l’acuité sont altérés • Agnosie “aperceptive” (Lissauer, 1890): • Le traitement visuel de bas niveau de la couleur, de la forme, du mouvement et l’acuité NE sont PAS altérés • La perception de l’objet est altérée • Agnosie associative (Lissauer, 1890): • La perception de l’objet est intacte • Les associations entre les percepts et les mots sont affectées • Souvent spécifique à une catégorie (vivant vs. non-vivant).

28. Diagramme simplifié des deux systèmes et de leur origine Pariétal V5 (MT) Mouvement Cellule ganglion- naire M Système dorsal (“where”) V3 V2 V1 Magno LGN Cellule ganglion- naire P V2 V1 Parvo LGN Système ventral (“what”) Problème sensoriel de bas niveau V4 Couleur IT Agnosie “aperceptive” Forme ... Agnosie associative

29. Agnosie visuelle “aperceptive” • La vision de bas niveau est intacte (=> pas un problème sensoriel de bas niveau). • Le patient est incapable d’apparier, de reproduire, ou de discriminer des objets visuels simples mais est capable de dessiner de mémoire. • Le patient n’arrive pas à (re)construire les objets

31. Agnosie visuelle associative • La vision de bas niveau est intacte (=> pas une agnosie sensorielle). • Le patient est capable d’apparier, de reproduire, ou de discriminer des forme visuelles simples (p. ex. des formes géométriques) (=> pas une agnosie aperceptive). • Le patient ne peut pas pointer vers un objet nommé. • Mais le patient est capable de reconnaître un objet tactilement (ce qui implique que la connaissance de l’objet est intacte) • Le patient a un déficit plus profond au niveau de ses connaissances des objets (problèmes d’associations sémantiques).

33. FFA/Prosopagnosie • Bruce, Desimore et Gross (1981) ont découvert que certains neurones de IT répondent “maximalement” à des visages. • P. ex. Rolls et Tovee (1995) ont utilisé 23 visages et 45 autres images pour valider ce résultat... • Kanwisher (1997) a montré en IRMf que le gyrus fusiforme dans IT est la région du cerveau la plus activée par les visages. On parle aujourd’hui du FFA (Fusiform Face Area).

34. Diagramme simplifié Pariétal V5 (MT) Mouvement Cellule ganglion- naire M Système dorsal (“where”) V3 V2 V1 Magno LGN Cellule ganglion- naire P V2 V1 Parvo LGN Système ventral (“what”) V4 Couleur IT Forme

36. IT : un exemple de “modularité” dans le système ventral (objet?) • Est-ce que le FFA encoderait les objets pour lesquel nous sommes des experts? • Mais Gauthier et al. (1999) ont montré que les “Greebles” activent autant le FFA que les visages chez les experts en reconnaissance de “Greebles”.

37. IT : un exemple de “modularité” dans le système ventral (objet?) • Mais Gauthier et al. (1999) ont montré que les “Greebles” activent autant le FFA que les visages chez les experts en reconnaissance de “Greebles”. • Est-ce que le FFA encoderait les objets pour lesquel nous sommes des experts? • Les résultats de Gauthier et al. (2000), chez les experts en voitures et en oiseaux, vont en ce sens.

38. IT : un exemple de “modularité” dans le système ventral (objet?) • Mais Gauthier et al. (1999) ont montré que les “Greebles” activent autant le FFA que les visages chez les experts en reconnaissance de “Greebles”. • Est-ce que le FFA encoderait les objets pour lesquel nous sommes des experts? • Les résultats de Gauthier et al. (2000), chez les experts en voitures et en oiseaux, vont en ce sens. • Mais qu’est-ce qu’un expert? Quelqu’un qui traite les objets plus globalement (Gauthier et Tarr, 2002)?

39. “Prosopagnosie” produite par adaptation (Leopold et al., 2000)

40. Contrôle (sans adaptation) Condition ‘opposé’ Condition ‘même direction’ 68% hasard 12% “Prosopagnosie” produite par adaptation Visage moyen (Leopold et al., 2000)

41. “Prosopagnosie” produite par adaptation « Take home message » (traduction : ce qui sera à l’exam) 1)Il est possible d’adapter des cellules même si celles-ci s’occupent d’un traitement de très haut niveau 2)Démonstration de la « flexibilité » des processus de reconnaissance de visages 3)Lien avec prosopagnosie (Leopold et al., 2000)

42. Un exemple d’adaptation aux visages * (Webster & Maclin, 1999)

43. “Champs récepteurs” de plus en plus complexes • Neurones invariants à la taille : • Neurones invariants à la position : • Neurones invariants au point de vue :

44. Comment sont représentés les scènes dans le système visuel? • Code spécifique : • Cellule “grand-mère” : à chaque stimulus, un neurone.

45. Comment sont représentés les scènes dans le système visuel? • Code spécifique : • Cellule “grand-mère” : à chaque stimulus, un neurone. • Ne correspond pas à nos observations. • Explosion combinatoire (les récepteurs rétiniens peuvent déclencher de plus de 2250 000 000 manières et il y a environ 242 cellules dans tout le corps humain). • Code distribué : • Un ensemble de neurones encode un stimulus.

46. Le problème du liage (“binding”) • Si le code est distribué, même partiellement, comment en arrivons-nous à une perception unifiée? • La synchronie pourrait-être une solution… • Engel et al. (1992) : Bien que le code pour la ligne soit ici distribué sur (au moins) 2 cellules… la synchronie permettrait le liage