PSY 2055. Psychologie de la perception PSY 2055. Psychologie de la perception. Premières étapes de la vision: voir les étoiles Frédéric Gosselin

Plan pour le cours lumière 1- Stimulus et lumière Cortex visuel Corps genouillé latéral (LGN) droit 2- Œil et rétine lumière Corps genouillé latéral (LGN) gauche Cortex visuel

La lumière Il existe deux façons de décrire comment la lumière se comporte: Comme des particules appelées photons. Quand les photons percutent la surface d’un objet, on dit que cette objet est illuminé. La luminance équivaut au nombre de photons qui percutent une surface donnée par unité de temps. Comme une onde électromagnétique. Dans ce cas, l’énergie est décrite en terme de longueur d’onde (voir prochaine diapositive). On décrit habituellement le comportement de la lumière en terme d’onde quand on parle de la perception des couleurs. Transmission Absorption Réflexion Bien sûr, les natures mécanique et vibratoire des photons sont présents à tout moment mais l’importance de l’une ou l’autre dépend de la propriété visuelle qui nous intéresse. Un photon est une particule composé d’un ensemble d’onde électromagnétique. Cette onde peut être décrite grâce à l’une de ces propriétés : La longueur d’onde de sa vibration.

À propos de la lumière Se comporte comme une onde sinusoïdale, amplitude * sin(fréquence * angle + phase) : une amplitude (intensité radiante; 1 photon = intensité radiante “atomique”), une fréquence (Hz = cycles par s) Période = 1 / fréquence Longueur d’onde d’une onde monochromatique (nm) = période * 300 000 000 [c, la vitesse de la lumière, en m s-1] * 10-9 [transforme de m en nm] et par une phase 1 s 0 s sin(2*angle) sin(angle+.39) 2*sin(angle) sin(angle) 1 * sin(1 * angle + 0) 2 * sin(1 * angle + 0) 1 * sin(2 * angle + 0) 1 * sin(1 * angle + .39) AFFICHER UN SINUS À LA FOIS

Oeil 2-8 mm SCLÉRA?

Oeil 2.4 cm Cornée Pupille Humeur aqueuse Iris Muscles ciliaires Lentille Laisse passer environ 50% de la lumière visible Zonules 2.4 cm Humeur vitreuse Scléra Épithélium pigmentaire Rétine Fovéa (2 deg) Nerf optique

Focalisation dans l’oeil : principes et problèmes 80% cornée 20% lentille Normal Lentille épaisse = zonules relâchés = muscles ciliaires tendus = focalisation proche Lentille mince = zonules tendus = muscles ciliaires relâchés = focalisation loin (à la limite : aucune accomodation) ZONULES = Ligaments REVOIR Astigmatisme Myope Hypermétrope (≠ presbyte) Astigmate

ZONULES = Ligaments REVOIR Astigmatisme

Lentilles correctrices (sphériques) Lentille convexe (+) Longueur focale Apex Prisme Lentille concave (-) Longueur focale Base Dioptrie (D) = 1 / longueur focale (m)

Environ +60 D (sans accomodation) ZONULES = Ligaments REVOIR Astigmatisme Environ +60 D (sans accomodation)

Une personne aveugle Au Canada, est considéré comme aveugle celui ou celle qui possède, après correction, une acuité de Snellen de 20/200 ou moins dans son meilleur oeil (ou qui possède un champ de vision de moins de 20 deg). 20/X : Le numérateur est (presque) toujours 20 et désigne la distance (en pieds) entre l’observateur évalué et le tableau Le dénominateur désigne la distance maximale à laquelle un observateur normal peut reconnaître une lettre reconnue par l’observateur évalué à une distance maximale de 20’. La plus grosse lettre dans un tableau de Snellen, habituellement un “E”, est reconnue à 200’ par un observateur normal.

Autres pathologies du médium oculaire Cornée abîmée Cataracte Corps flottants (“floaters”) REVOIR CES PATHOS

Taille sur la rétine : degrés d’angle visuel tan(a / 2) = (l / 2) / d l/2 a/2 Angle visuel (a l d a Taille de l’objet sur la rétine a d = (l / 2) / tan(a / 2) l = 2 * d * tan(a / 2) a = 2 * atan [(l / 2) / d]

Taille sur la rétine : degrés d’angle visuel, example 1 d = (l / 2) / tan(a / 2) d = (10 m / 2) / tan(5 deg / 2) d = 5 m / tan(2,5 deg) d = 114,5 m

Taille sur la rétine : degrés d’angle visuel, example 2 l = 2 * d * tan(a / 2) l = 2 * 114,5 m * tan(5 deg / 2) l = 2 * 114,5 m * tan(2,5 deg) l = 10 m

Taille sur la rétine : degrés d’angle visuel, example 3  / 2  10 m 114,5 m = 2 * atan [(l / 2) / d] = 2 * atan [(10 m / 2) / 114,5 m] = 2 * atan [5 m / 114,5 m] = 5 deg

Deg. d’angle visuel d’un objet de 30 cm en fonction de la distance Deg. angle visuel « Infini » ~ 20’ distance (cm)

La rétine Laisse passer environ 20 % de la lumière

Vaisseaux sanguins

Maladies qui touchent la rétine Dégénérescence maculaire liée à l’âge (DMLA) Prévalence: 10% chez les personnes ayant 66 à 74 ans. La macula est progressivement détruite Débute avec la prolifération de drusens Forme sèche et humide Rétinite pigmentaire Prévalence: 10% Maladie génétique (prévalence: 1/5000) Perte des bâtonnets en premier Dans les cas graves, les cônes de la fovéa peuvent également être détruits Cécité totale dans les cas graves Permet d’illustrer les impacts que peuvent avoir un trouble lorsque des régions différentes de la rétine sont lésées.

Maladies qui touchent la rétine Dégénérescence maculaire Rétinite pigmentaire

La rétine examinée au microscope électronique Bâtonnets 50-80 microns (1 micron = 10-6 m) Cônes

Les photorécepteurs Les photorécepteurs sont responsables de la transduction (au niveau du segment externe). Transduction : Transformation du signal externe (e.g. la lumière) en signal électrique utilisable par le cerveau.

Les photorécepteurs Cônes Bâtonnets Utile à la vision photopique (forte luminosité, vision diurne). Bonne acuité visuelle. Présent en grande quantité dans la fovéa (environ 1 degré d’angle visuel). Permet la vision des couleurs (3 types de cône). Bâtonnets Vision scotopique (faible luminosité, vision nocturne). Grande sensibilité à l’énergie lumineuse. Faible acuité visuelle. Présent en vision périphérique. Absent au niveau de la fovéa. Ne permet pas la vision des couleurs. Vision en tons de gris (1 seul type de bâtonnet).

Densité des récepteurs en fonction de l’excentricité 5 000 000 cônes 120 000 000 bâtonnets Fovéa = 50 000 cônes Nez

Densité des récepteurs en fonction de l’excentricité (bis) Les cônes sont plus fins et très dense dans la fovéa.

Nerf optique et tache aveugle 1 million d’axones de cellules ganglionnaires convergent vers la tache aveugle et forment le nerf optique Input du cerveau : fibre des cellules ganglionnaires.

L’oeil de la pieuvre

Révéler la tache aveugle REVOIR CETTE DÉMO, vérifier « temporal-nasal » et position du nez ~15deg ~5 deg À 30 cm, par exemple, position = 8 cm temporal et taille = 2,5 cm.

Glaucome : une pathologie du nerf optique Une pression anormalement haute dans l’humeur aqueuse entraîne une hausse de pression dans l’oeil ce qui mène à une diminution de l’irrigation sanguine dans la tête du nerf optique et, par suite, à une dégénérescence du nerf optique.

La rétine Voie latérale Voie verticale

Convergence au niveau de la rétine 126 millions de bâtonnets et de cônes convergent vers environ un millions de cellules ganglionnaires. Les bâtonnets convergent davantage que les cônes. En moyenne 120 bâtonnets pour une cellule ganglionnaire. En moyenne 6 cônes pour une cellule ganglionnaire (en vision périphérique). Chaque cône de la fovéa a une voie directe vers une cellule ganglionnaire. Cellules bipolaires ON et OFF. En fait, cela va même plus loin que ça. Chaque cône de la fovéa peut contacter deux cellules bipolaires, une qui réagit à une augmentation de la lumière et une qui réagit à une baisse de la lumière. ??? Est-ce que chaque cellule bipolaires vont vers leur propre cellule ganglionnaire???? 70% des cellules ganglionnaires de la fovéa sont de type-P (voie Parvocellulaire) alors que la majorité des cellules ganglionnaires de la périphérie ainsi que 7-10% de celles de la fovéa sont de type-M (voie Magnocellulaire). ??? Ou est le 20% qui manque????

Traitement dans la rétine, I 120 bâtonnets -> 1 cellule ganglionnaire 6 cônes -> 1 cellule ganglionnaire 1 000 000 cellules ganglionnaires par oeil Bâtonnets Cône 2 2 Diapo pour expliquer texte du bas… voir p.56 Convergence 2 2 Cellule ganglionnaire

Traitement dans la rétine, II Bâtonnets Cône 2 Diapo pour expliquer texte du bas… voir p.56 2 2 Cellule ganglionnaire Très sensible à la lumière

Convergence, sensibilité et acuité Les bâtonnets sont plus sensibles à la lumière que les cônes (après adaptation à l’obscurité). Mécanisme de sommation spatiale (i.e. convergence). L’input de plusieurs bâtonnets converge vers une cellule ganglionnaire. Augmente la probabilité quel la cellule réponde à la stimulation. Compromis : Par contre, les bâtonnets ne sont pas très bons pour percevoir les détails. Nécessitent moins de lumière pour réagir. Plus gros et moins denses.

Où est Charlie?

Convergence et acuité La fovéa permet une grande acuité car elle ne contient que des cônes. Plus fins et plus denses. Les connexions une à une entre les cônes de la fovéa et les cellules ganglionnaires permettent une vision fine des détails. Compromis : Besoin de plus de lumière pour répondre que les bâtonnets. Plus on s’éloigne de la fovéa, plus notre acuité diminue.

Traitement dans la rétine, III 2 Bâtonnets Cône 2 2 Diapo pour expliquer texte du bas… voir p.56 2 2 Cellule ganglionnaire Haute précision (haute acuité visuelle)

+

Les champs récepteurs Le champs récepteur visuel d’une cellule X est la région sur la rétine qui, stimulée, a un effet [maximal] sur le déclenchement de X. Important to emphasize that the receptive field is on the retina. Students tend to forget this as you work your way through the explanation of more specifically tuned neurons further into the system.

Le champ récepteur d’une cellule ganglionnaire Figure 3.19 Recording electrical signals from a fiber in the optic nerve of an anesthetized cat. Each point on the screen corresponds to a point on the cat’s retina.

Champs récepteurs concentriques Des effets excitateurs et inhibiteurs sont retrouvés dans les champs récepteurs. Le centre et la périphérie des champs récepteurs s’organisent de sorte que: Centre excitateur/périphérie inhibitrice (une étoile!) Centre inhibiteur/périphérie excitatrice Cellules ganglionnaires P : 1 min d’angle visuel – 20 min d’angle visuel Cellules ganglionnaires M : 8 min d’angle visuel – 0.5 deg d’angle visuel

A : Stimulation à l’extérieur du champ récepteur. B: Stimulation uniquement dans la zone excitatrice du champ récepteur. C: Stimulation exclusive de la zone inhibitrice du champ récepteur. Figure 3.20 (a) Response of a ganglion cell in the cat’s retina to stimulation: outside the cell’s receptive field (area A on the screen); inside the excitatory area of the cell’s receptive field (area B); and inside the inhibitory area of the cell’s receptive field (area C). (b) The neuron’s receptive field is shown without the screen.

Réponse d’une cellule ganglionnaire avec centre excitateur et périphérie inhibitrice selon l’étendue de la stimulation sur le champs récepteur. Figure 3.21 Response of an excitatory-center-inhibitory-surround receptive field as stimulus size is increased. Color indicates the area stimulated with light. The response to the stimulus is indicated below each receptive field. The largest response occurs when the entire excitatory area is illuminated, as in (b). Increasing stimulus size further causes a decrease in firing due to center-surround antagonism. (From “Integrative Action in the Cat’s Lateral Geniculate Body,” by D. H. Hubel and T. N. Wiesel, 1961, Journal of Physiology, 155, 385-398. figure 1. Copyright © 1961 by The Physiological Society, Cambridge University Press. Reprinted with permission.)

La rétine Voie latérale (inhibition latérale) Voie verticale

Contraste simultané Illusion d’un changement de brillance à cause des régions avoisinantes. This slide provides the students with the stimulus so that they can experience it before it is explained to them on the next slide. Figure 3.12 Simultaneous contrast. The two center squares reflect the same amount of light into your eyes but look different because of simultaneous contrast.

Contraste simultané, II Les récepteurs stimulés par la région externe pâle envoient une grande quantité d’inhibition aux récepteurs stimulés par la région du centre. Les récepteurs stimulés par la région externe foncé envoient une faible quantité d’inhibition aux récepteurs stimulés par la région du centre.

Figure 3.13 How lateral inhibition has been used to explain the simultaneous contrast effect.

Bandes de Mach Illusion d’une augmentation ou d’une diminution de la luminance au bord des aires pâles ou foncées, respectivement.

Bandes de Mach Figure 3.8 (a) Mach bands at a contour. Just to the left of the contour, near B, a faint light band can be perceived, and just to the right at C, a faint dark band can be perceived. (b) The physical intensity distribution of the light, as measured with a light meter. (c) A plot showing the perceptual effect described in (a). The bump in the curve at B indicates the light Mach band, and the dip in the curve at C indicates the dark Mach band. The bumps that represent our perception of the bands are not present in the physical intensity distribution.

Bandes de Mach, II Tous les récepteurs reçoivent de l’inhibition latérale de leurs voisins. Dans le centre d’une aire de même luminance (A ou D), la quantité d’inhibition latérale est la même pour tous les récepteurs. Par contre, les récepteurs situés à proximité d’une aire d’une autre luminance (B ou C) reçoivent plus ou moins d’inhibition.

Grille de Hermann

Grille de Hermann Illusion de disques foncés au niveau des intersections alors que les corridors sont perçus comme plus clairs. Les récepteurs situés aux intersections sont davantage inhibés que les récepteurs situés dans les corridors. L’inhibition latérale diminue donc la réponse des récepteurs situés aux intersections ce qui amène la perception de disques foncés.

Figure 3.7 How lateral inhibition can explain the dark “ghosts” at the intersections. (a) View of four squares of the grid showing the position of receptor A, at the intersection, and the surrounding receptors in the “corridors.” (b) Perspective view of the squares and receptors in (a), showing that each receptor connects to a bipolar cell, and that the bipolar cells that surround A all send a large amount of lateral inhibition to A’s bipolar cell (indicated by the thick arrows). (c) and (d) Same as (a) above but focusing on receptor B, which is located in the corridor of the grid.

This slide provides the students with the stimulus soFigure 3 This slide provides the students with the stimulus soFigure 3.15 White’s illusion. (From Perception, 1981, 10, p. 215-230, fig 1a, p. 216. Reprinted with permission from Pion, Ltd., London.) that they can experience it before it is explained to them on another slide. White’s Illusion People see light and dark rectangle even though lateral inhibition would result in the opposite effect

Appartenance L’apparence d’une aire en terme de brillance est influencée par la région à laquelle nous pensons qu’elle appartient. Les mécanismes physiologiques sont malheureusement inconnus pour l’instant.

À quoi servent les cellules ganglionnaires? À détecter des points claires ou foncés d’une certaine taille À transformer la luminance en contrastes locaux (i.e., en une illumination relative de deux régions adjacentes)

Adaptation à l’obscurité À la fin de l’adaptation à la noirceur, l’œil sera 100000 fois plus sensible à la lumière que lorsque adapté à la clareté. Le diamètre de la pupille peut varier selon un facteur de 4 (environ de 2 mm à 8 mm) laissant ainsi passer jusqu’à 16 fois plus de lumière dans l’obscurité. Même si ce type d’adaptation aide certainement, cela explique seulement une maigre partie de la capacité du système visuel à s’adapter à l’obscurité.

Mesurer l’adaptation à l’obscurité Décours de l’expérimentation On doit premièrement adapter l’observateur à la lumière. La lumière est ensuite éteinte. L’observateur doit ensuite ajuster l’intensité de la lumière (Méthode d’ajustement) de sorte que celle-ci soit juste visible.

Mesurer l’adaptation à l’obscurité Observateur regarde un point de fixation mais porte attention à une lumière situé juste à côté.

Courbe d’adaptation à l’obscurité La sensibilité à la lumière augmente en 2 étapes. La première étape se fait en quelques minutes (3-6 minutes). Les cônes dominent mais atteignent rapidement leur sensibilité maximale (qui n’est pas très bonne par ailleurs). Après 7 minutes, les bâtonnets commencent à dominer. La sensibilité des bâtonnets culminent après 25-30 minutes. • Taille de la pupille • Deux types de récepteurs • Équilibre photons/pigments visuels colorés • Cellules ganglionnaires répondent aux contrastes locaux

Adaptation à la noirceur et longueurs d’onde Scotopique (bâtonnets) Purkinje shift Photopique (cônes) Ajouter diapo détermination psychophysique sensibilité bleu rouge

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

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.