PSY 2055. Psychologie de la perception.

Bases physiologiques de la perception visuelle, II.

Frédéric Gosselin /

Eric McCabe

lumière

Corps genouillélatéral (LGN) gauche

Corps genouillélatéral (LGN) droit

Cortex visuel

Stimulus et lumière

Œil et rétine

Retour sur la semaine dernière

1)Focalisation, 2)Degré d’angle visuel, tan(/2) = (l/2)/d3)Rétine : Types de cellules, 4)Rétine : Transduction, 5)Adaptation à la noirceur6)Rétine : Convergence

1)Amplitude*sin(fréquence*angle+phase)2)Luminance

0 1 2 3 4 5 6 7-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

1 s0 s

sin(2*angle)sin(angle+.39)

2*sin(angle)

sin(angle)

.39 s

lumière

Corps genouillélatéral (LGN) gauche

Corps genouillélatéral (LGN) droit

Œil et rétine

Retour sur la semaine dernière

7)CR des cellules ganglionnaires (Vaughan) - Concentriques - Antagonisme centre-périphérie 8)Rétine : Inhibition latérale9)Illusions (Hermann, Contraste simultanée, Mach, White)10)Scotome

Pathologies : 1)Focalisation, 2)Médium oculaire, 3)Rétine, 4)Nerf 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.

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

lumière

Corps genouillélatéral (LGN) gauche

Corps genouillélatéral (LGN) droit

2- Cortex visuel

Plan du cours

1- Corps genouillés latéraux

Traitement de l’information dans le CGL

Jouerait un rôle dans la régulation de l’information en provenance de la rétine.

+

10 nerfs de la rétine 4 nerfs vers le cortex

Vers cortex

De la rétine

LGN

En plus de recevoir les signaux optiques, le CGL reçoit des entrées en provenancedu cortex visuel, du tronc cérébral, d’autres noyaux thalamiques et d’autres neurones du CGL.

Du cortex

Thalamus-LGN

Tronc cérébral

=

Les champs récepteurs du CGLLe 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

Le fond de la rétine = peu importe

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).

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

lumière

Corps genouillélatéral (LGN) gauche

Corps genouillélatéral (LGN) droit

Cortex visuel primaire (V1)

Régions de traitement du signal visuel dans le cortex

Cortex visuel primaire (V1) ou cortex strié

Cortex extrastrié

Cortex visuel primaire

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

Nobel en physiologie en 1981

D. Hubel T. Wiesel

Ozhawa, DeAngelis & Freeman 1995

Classique Corrélation inversée

Visionner fichiers Quicktime…

Le champs récepteur• 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.

Le fond de la rétine

!!!

= peu importe

= luminance haute

= luminance basse

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

Magnification corticale : Variation de la surface corticale dédiée à la représentation d’un stimulus en fonction de la localisation des récepteurs qu’il stimule.

Stimulus Cortex

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 V1Pénétrations 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

Orientation

Fréquence

Phase

Contraste

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.

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.

Adaptation à l’orientation

*

Adaptation à l’orientation

*

Adaptation à l’orientation

*

ExplicationEffet 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 FSC1

cycl

e p

ar d

eg

~60

cyle

par

deg

~7 c

ycle

s p

ar d

eg

Fréquence spatiale

con

tras

te

NonNonNonNonOuiOuiOuiOuiOuiOuiOuiOuiOuiOuiOui

…

NonNonNonOuiOuiOuiOuiOuiOuiOuiOuiOuiOuiOuiOui

NonNonOuiOuiOuiOuiOuiOuiOuiOuiOuiOuiOuiOuiOui

NonOui

NonOui

NonOui

NonOui

NonOui

NonOui Non

Oui

NonOui

NonOui

NonOui

NonOui

Mise au point : 7 cycles par deg

d = (l / 2) / tan( / 2)

1 cycle7 cycles

Hypercolonnes : selon la théorie des fréquences spatiales

HFBF

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.

50 100 150 200 250

50

100

150

200

250

50 100 150 200 250

50

100

150

200

250

50 100 150 200 250

50

100

150

200

250

50 100 150 200 250

50

100

150

200

250

1

0

Que font les hypercolonnes?

=

réseau

+

Analyse de Fourier 2D : une décomposition unique d’une image en une somme de grilles sinusoïdales.

Une analyse de Fourier (locale)!

=

Fréquence = 1

+

Fréquence = 3

+

Fréquence = 5

+ + …

Fréquence = 9

+

Fréquence = 7

Une analyse de Fourier (locale)!

Une analyse de Fourier (locale)!

Filtrage et fabrication d’un hybride

50 100 150 200 250

50

100

150

200

250

50 100 150 200 250

50

100

150

200

250

50 100 150 200 250

50

100

150

200

250

50 100 150 200 250

50

100

150

200

250

50 100 150 200 250

50

100

150

200

250

Filtre “passe-basse”

Combinaison

Filtre “passe-haute”

(Adapté de Schyns et Oliva, 1999)

Près (HF de l’image ≈ 7 cpd)

Loin (BF de l’image ≈ 7 cpd)

50 100 150 200 250

50

100

150

200

250

50 100 150 200 250

50

100

150

200

250

50 100 150 200 250

50

100

150

200

250

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.