Frédéric Gosselin / Eric McCabe PSY 2055. Psychologie de la perception. Bases physiologiques de la perception visuelle, II. Frédéric Gosselin / Eric McCabe

Retour sur la semaine dernière Stimulus et lumière Corps genouillé latéral (LGN) droit Œil et rétine 1 s 0 s sin(2*angle) sin(angle+.39) 2*sin(angle) sin(angle) .39 s lumière 1)Focalisation, 2)Degré d’angle visuel, tan(/2) = (l/2)/d 3)Rétine : Types de cellules, 4)Rétine : Transduction, 5)Adaptation à la noirceur 6)Rétine : Convergence Corps genouillé latéral (LGN) gauche 1)Amplitude*sin(fréquence*angle+phase) 2)Luminance Cortex visuel

Retour sur la semaine dernière Pathologies : 1)Focalisation, 2)Médium oculaire, 3)Rétine, 4)Nerf optique Corps genouillé latéral (LGN) droit Œil et rétine lumière 7)CR des cellules ganglionnaires (Vaughan) - Concentriques - Antagonisme centre-périphérie 8)Rétine : Inhibition latérale 9)Illusions (Hermann, Contraste simultanée, Mach, White) 10)Scotome Corps genouillé latéral (LGN) gauche

Le problème de la perception Comment faisons-nous pour acquérir des connaissances quasi-véridiques à propos du monde extérieur?

Retour au pseudo-paradoxe de la perception Si le monde est tel que nous le percevons, le cerveau est tel que nous le percevons; Or 50% de la lumière visible ambiante traverse le médium oculaire * 20% traverse les cellules de la rétine * moins de 1% de l’information dans les récepteurs rétiniens sort des cellules ganglionnaires = moins de 0,1% de l’information dans la lumière visible parvient au LGN; Donc le monde n’est pas tel que nous le percevons.

Scotome : tache aveugle pathologique Limité à un oeil : lésion au niveau de la rétine ou du nerf optique Dans les deux hémichamps temporaux (mais pas nasaux) : lésion au niveau du chiasme optique Dans les deux hémichamps gauches (ou droits) : lésion au niveau de tractus optique

Plan du cours lumière 1- Corps genouillés latéraux 2- Cortex visuel latéral (LGN) droit lumière 1- Corps genouillés latéraux Corps genouillé latéral (LGN) gauche 2- Cortex visuel

Traitement de l’information dans le CGL En plus de recevoir les signaux optiques, le CGL reçoit des entrées en provenance du cortex visuel, du tronc cérébral, d’autres noyaux thalamiques et d’autres neurones du CGL. Du cortex Thalamus-LGN Tronc cérébral 10 nerfs de la rétine  4 nerfs vers le cortex Vers cortex LGN + De la rétine = Jouerait un rôle dans la régulation de l’information en provenance de la rétine.

Les champs récepteurs du CGL Le champs récepteur d’un neurone du CGL est une région sur la rétine qui, lorsque stimulée, permet le déclenchement de ce même neurone du CGL (Goldstein, 2001) = luminance haute = luminance basse = peu importe Le fond de la rétine

Champs récepteur d’une cellule du LGN (“center-surround”) Les champs récepteurs des neurones du CGL ont la même configuration concentrique que les cellules ganglionnaires. Il existe aussi des champs récepteurs “center OFF-surround ON” dans le LGN. (Ozhawa, DeAngelis & Freeman 1995)

Organisation dans le LGN (couches et oeil d’origine) Chaque LGN a 6 couches (la couche 1 étant la plus profonde et la 6 la plus superficielle). Oeil ipsilatéral : couches 2, 3 et 5 Oeil controlatéral : couches 1, 4 et 6

Organisation dans le LGN (rétinotopie) Chaque couche d’un LGN est rétinotopique. Les neurones situés près les uns des autres dans une structure cérébrale ont des champs récepteurs correspondant à des localisations rétiniennes voisines. Oeil

Organisation dans le LGN (magno vs parvo) Les couches 1 et 2 sont magnocellulaires. C’est-à-dire qu’elles reçoivent des axones de cellules ganglionnaires de type M). Les autres couches (3,4,5,6) sont parvocellulaires. C’est-à-dire qu’elles reçoivent des axones de cellules ganglionnaires de type P). PARVO ET MAGNO : 1ere fois qu’on en parle Atention : Erreur dans le Goldstein, table 3.1 page 94

Organisation dans le LGN (magno vs parvo II) Les cellules des couches magnocellulaires et parvocellulaires ont des rôles différents dans la perception visuelle. Lésions des couches magno : Atteinte de la perception du mouvement. Lésions des couches parvo : Atteinte de la perception des couleurs, de la texture, de la profondeur et des contours.

Plan pour le reste du cours Corps genouillé latéral (LGN) droit lumière Corps genouillé latéral (LGN) gauche Cortex visuel primaire (V1)

Régions de traitement du signal visuel dans le cortex Cortex extrastrié Cortex visuel primaire (V1) ou cortex strié

Cortex visuel primaire Au contraire des neurones du CGL, ceux du cortex strié ne répondent pas particulièrement bien à des points lumineux.

D. Hubel T. Wiesel Nobel en physiologie en 1981

Ozhawa, DeAngelis & Freeman 1995 Classique Corrélation inversée Visionner fichiers Quicktime…

Le champs récepteur !!! Le fond de la rétine Le champs récepteur d’un neurone du cortex strié est la région sur la rétine qui, lorsque stimulée, a un effet [maximal] sur le déclenchement de ce même neurone. !!! = luminance haute = luminance basse = peu importe Le fond de la rétine

Origine des cellules simples?

Organisation dans V1

Rétinotopie dans V1 révélée par autoradiographie On montre cette image à un singe + injection de sucre radioactif.

Rétinotopie dans V1 : Résultats Stimulus Cortex Magnification corticale : Variation de la surface corticale dédiée à la représentation d’un stimulus en fonction de la localisation des récepteurs qu’il stimule.

Explication Une plus grande surface corticale est donc allouée à la représentation de la fovéa par rapport à la périphérie. 0.01% des cellules de la rétine (les cellules de la fovéa) atteignent 8-10% du cortex visuel. Facteurs de magnification corticale : (a) plus de cellules dans la fovéa par unité de surface et (b) plus grand nombre de cellules corticales dédiées à chaque cellule de la fovéa.

Organisation dans V1 Pénétrations perpendiculaires Pénétration oblique

Colonne d’orientation Les neurones rencontrés lors d’une pénétration perpendiculaire (tracés A et B ci-bas) ont des champs récepteurs ayant la même préférence à l’orientation (colonne d’orientation). Lors d’une pénétration oblique, l’orientation préférée varie de façon continue.

Les hypercolonnes Module pour le traitement de la stimulation d’une région rétinienne. - Une hypercolonne comprend deux colonnes de dominance oculaire (oeil droit et gauche). - Une hypercolonne mesure environ 1 mm3. perpendiculaire oblique 1 hypercolonne = 1 colonnne de localisation = 2 colonnes de dominance oculaire = 2 ensembles des colonnes d’orientation

Rétinotopie L’ensemble des hypercolonnes est rétinotopique (c’est-à-dire que 2 hypercolonnes adjacentes ont des champs récepteurs adjacents sur les rétines). Mais il y a grossissement à la fovéa. De plus, les champs récepteurs des cellules d’une même hypercolonne occupent des positions correspondantes sur les rétines.

Les hypercolonnes (suite) Chaque colonne de dominance oculaire possède 6 couches.

Le rôle des cellules simples Phase Orientation Contraste Fréquence Rappelez-vous : onde sinusoidale = Amplitude * sin(fréquence * angle + phase) Ici on ajoute l’orientation

Relation avec les cellules simples En fait, les cellules simples sont sensibles à trois attributs des stimulations rétiniennes La fréquence spatiale. l’orientation. et la position sur la rétine. Démonstration

Adaptation Exposition continue, pour une certaine période de temps, à un stimulus comportant une propriété spécifique. L’effet d’adaptation se manifeste par un effet consécutif et est habituellement expliqué par une fatigue cellulaire sélective. Effet consécutif : Modification du fonctionnement perceptif suite à l’exposition prolongée à une stimulation. Pourquoi parler d’adaptation ici?

Adaptation Rationnel : Si un stimulus (ou une propriété donnée d’un stimulus) provoque un effet consécutif, c’est que ce stimulus (ou cette propriété) est 1) traité(e) par le système perceptif et que 2) les neurones associés ont un effet direct sur la perception. Pourquoi parler d’adaptation ici?

Adaptation à l’orientation *

Adaptation à l’orientation *

Adaptation à l’orientation *

Explication Effet de l’adaptation sur la perception

Adaptation à la fréquence spatiale *

Adaptation aux fréquences spatiales *

Adaptation aux fréquences spatiales *

Combien de types de cellules simples? L’effet d’adaptation sélective suggère l’existence de canaux de fréquence spatiale sensibles à une étendue restreinte de fréquences spatiales. BF adaptées HF adaptées Rép : Environ 6

Sensibilité au contraste Niveau de contraste minimal pour détecter l’alternance entre les barres pâles et foncées constituant une grille sinusoïdale.

Calcul du contraste (Weber) (Lmax – Lmoyenne) Lmoyenne = Le contraste correspond donc à quelque chose de relatif

Fonction de Sensibilité aux Contrastes (FSC) Variable indépendante : la fréquence spatiale d’une grille sinusoïdale Variable dépendante : contraste requis pour une détection Méthode d’ajustement (Fechner, 1890) : l’observateur “ajuste” la variable dépendante

Extraction de la FSC  … Non Oui 1 cycle par deg ~60 cyle par deg ~7 cycles par deg Non Oui Non Oui Fréquence spatiale contraste  …

Mise au point : 7 cycles par deg d = (l / 2) / tan(a / 2)

Hypercolonnes : selon la théorie des fréquences spatiales 0 deg 45 deg Dans chaque colonne de dominance oculaire la fréquence spatiale préférée des cellules est encodée dans la longueur du rayon de l'hypercolonne. HF BF

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Que font les hypercolonnes?

Une analyse de Fourier (locale)! + = réseau Analyse de Fourier 2D : une décomposition unique d’une image en une somme de grilles sinusoïdales.

Une analyse de Fourier (locale)! + Fréquence = 3 = Fréquence = 1 + Fréquence = 7 + + … Fréquence = 9 + Fréquence = 5

Une analyse de Fourier (locale)!

Filtrage et fabrication d’un hybride Filtre “passe-haute” Filtre “passe-basse” Combinaison

(Adapté de Schyns et Oliva, 1999)

Près (HF de l’image ≈ 7 cpd) Loin (BF de l’image ≈ 7 cpd)

Filtres orientés

Le problème de la perception Comment faisons-nous pour acquérir des connaissances quasi-véridiques à propos du monde extérieur?

Retour au pseudo-paradoxe de la perception Si le monde est tel que nous le percevons, le cerveau est tel que nous le percevons; Or 50% de la lumière visible ambiante traverse le médium oculaire * 20% traverse les cellules de la rétine * moins de 1% de l’information dans les récepteurs rétiniens sort des cellules ganglionnaires * 40% de l’information qui arrive dans le LGN le quitte pour V1 = moins de 0,04% de l’information dans la lumière visible parvient au cortex extrastrié; Donc le monde n’est pas tel que nous le percevons.