Etude anatomo-fonctionnelle du cortex visuel primaire au cours de l'imagerie visuelle : approche par imagerie par résonance magnétique fonctionnelle

Functional anatomy of the primary visual cortex during visual imagery by event-related functional magnetic resonance imaging

• Auteur / Autrice : Isabelle Klein
• Direction : Michel Denis
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences biologiques. Sciences cognitives
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Paris 11

Mots clés

Mots clés libres

Imagerie cérébrale

Imagerie mentale visuelle

Anatomie fonctionnelle

Résumé

L'imagerie mentale visuelle désigne l'acte de recréer une image en l'absence de stimulation sensorielle externe à partir de représentations stockées en mémoire. De nombreux travaux issus de la psychologie expérimentale, de l'étude neuropsychologique de patients cérébro-lésés et de l'imagerie cérébrale fonctionnelle indiquent que l'imagerie et la perception visuelles partagent des propriétés fonctionnelles et des structures anatomiques communes. L'implication du cortex visuel primaire (aire V1) au cours de l'imagerie visuelle fait cependant l'objet d'une importante controverse, notamment parce que son activation n'est retrouvée qu'inconstamment en imagerie cérébrale fonctionnelle. Dans ce contexte, nous avons utilisé l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle afin de détecter et caractériser l'activation du cortex visuel primaire au cours de l'imagerie visuelle. Dans une première étude, l'activation de V1 a été étudiée au cours d'une tâche de génération d'image suivie d'une tâche d'évaluation de caractéristiques physiques ou abstraites liées à l'objet visualisé. Les résultats montrent une activation transitoire, reproductible dans V1, comparable au cours des deux tâches d'imagerie. L'activation de V1 augmentait lors de la tâche d'évaluation, sans différence significative observée selon la nature concrète ou abstraite des caractéristiques. Le rôle de l'attention et d'un effet d'amorçage visuel à bas-niveau sont discutés. L'activation de l'aire visuelle primaire est confirmée dans une deuxième étude où la tâche d'imagerie visuelle reposait sur un rappel en mémoire de stimuli visuels d'orientation, horizontale ou verticale. L'étude suggère que la formation d'images visuelles est associée à un réseau d'activation occipitale dont la topographie correspond aux coordonnées corticales attendues du champ visuel. La localisation spatiale des activations au sein de V1 et des aires il adjacentes a été établie à l'aide d'une cartographie fonctionnelle rétinotopique. Ces résultats bien que non reproduits chez l'ensemble des sujets testés, sont en faveur d'un mode d'organisation rétinotopique des images visuelles.

Visual imagery is a brain state that gives rise to visual experience on the basis of stored information, not current input from the eyes. Convergent results from psychophysical, neuroimaging and studies of brain damaged patients have shown that mental imagery shares many of the functional properties and cortical structures used in visual perception. However a fundamental question that remains unresolved is whether visual imagery shares the ''low-level'' neural mechanisms required to perceive the external world. We used event-related functional magnetic resonance imaging to detect and characterize the activity in the primary visual cortex (or area V1) during visual imagery. In a first experiment, we tested two general hypotheses: The first was that V1 is activated only when images with many details are formed and used, and the second was that V1 is activated whenever images are formed, even if they are not necessarily used to perform a task. The results revealed reproducible transient activation in this area whenever subjects generated or evaluated a mental image. This transient activation was strongly enhanced when subjects evaluated characteristics of objects, whether or not details actually needed to be extracted from the image to perform the task. In a second experiment, we tested the hypothesis that the orientation of a visualized pattern is directly reflected by the orientation of activity in retinopically organized early visual cortices. The primary visual cortex of primates, including humans, is retinotopically organized; the spatial pattern of light striking the retinas is physically preserved (with some metric distortions) on the surface of cortex itself. We asked subjects to view or visualize a flashing bar either vertically or horizontally. The results show that for most subjects, the topography of the activation produced by imagined stimuli closely matched corresponding cortical representations of the visual field. Although understanding the precise nature of neural mechanisms that causally link activity in area V1 to visual imagery requires further investigation, the present results provides strong evidence that visual mental imagery recruits the earliest stages of the visual system.