The role of attention in conscious access mechanisms and their influence on visual representation : evidence from psychophysics and fMRI

par Louis Thibault

Thèse de doctorat en Sciences cognitives

Sous la direction de Patrick Cavanagh.

Soutenue le 28-11-2016

à Sorbonne Paris Cité , dans le cadre de École doctorale Cognition, comportements, conduites humaines (Boulogne-Billancourt, Hauts-de-Seine) , en partenariat avec Université Paris Descartes (1970-2019) (établissement de préparation) et de Laboratoire Psychologie de la Perception / LPP - UMR 8242 (laboratoire) .

Le président du jury était Paolo Bartolomeo.

Le jury était composé de Patrick Cavanagh, Paolo Bartolomeo, Jérôme Sackur, Ana B. Chica, Anne-Lise Paradis, Simon van Gaal.

Les rapporteurs étaient Paolo Bartolomeo, Jérôme Sackur.

  • Titre traduit

    Le rôle de l'attention dans les mécanismes d'accès conscient et son influence sur la représentation visuelle : études en psychophysique et IRMf


  • Résumé

    Un des principaux résultats de l'étude scientifique de la conscience concerne l'existence de deux phases distinctes du traitement visuel. La première est caractérisée par une propagation antérograde de l'activité évoquée par le cortex visuel primaire et n'est pas typiquement associée à une perception consciente. La seconde, en revanche, est souvent citée comme un corrélat neuronal de la conscience, et implique une réactivation du cortex visuel précoce par le cortex parieto-frontal. Cette dichotomie soulève plusieurs questions : premièrement, quelle est l'origine de ce phénomène de feedback, et deuxièmement, qu'est-ce qui distingue un stimulus ayant subi ce traitement supplémentaire du stimulus n'ayant pas provoqué une telle réactivation ? Au jour d'aujourd'hui, deux grandes théories ont été proposées. La première, que nous appelons la théorie "précoce et locale" pose l'hypothèse que l'accès conscient émerge lorsque la boucle de réactivation sensorielle est établie. Ceci implique que seuls les stimuli présentant une qualité hautement saillante dès leur apparition peuvent accéder à un traitement conscient, et de ce fait, que le rapport subjectif d'un stimulus dépend uniquement de l'activité locale du cortex sensoriel. La théorie "tardive et globale", par contraste, propose que la perception consciente est le résultat d'un routage informationnel à travers un réseau cortico-cortical distribué appelé le Global Neuronal Workspace (GNW). Cette théorie suggère que l'information sensorielle provenant de diverses régions corticales accède à cette infrastructure de routage par le biais d'un processus sélectif : l'attention. En 2013, Sergent et collègues ont testé l'une des prédictions dérivées de cette seconde théorie : en principe, un stimulus dont l'observateur n'a pas pris conscience peut néanmoins accéder au GNW suite à un amorçage attentionnel. Afin de tester cette prédiction, des participants humains ont visionné un stimulus placé au seuil perceptif ainsi qu'une amorce attentionnelle qui pouvait soit attirer l'attention vers la position de la cible, soit du coté opposé. Ces participants discriminaient plus finement les caractéristiques de la cible au sein des essais pour lesquels l'amorce dirigeait l'attention vers la position préalable de la cible, ce qui suggère que l'intervention rétrospective de l'attention déclenche un accès conscient pour des faibles traces mnésiques qui ne seraient normalement pas traitées par le GNW. Nous présentons des données de modélisation psychophysique ainsi que des données d'imagerie fonctionnelle qui suggèrent que l'attention joue un rôle causal dans l'émergence d'un percept conscient, et qui offrent des indices quand à la structure des représentations perceptuelles au sein du cortex sensoriel primaire.


  • Résumé

    A major finding in the scientific study of conscious perception has been the existence of two temporally-distinct phases of visual processing. The first, characterized by the feed-forward propagation of evoked activity in early visual cortex, is not typically associated with conscious perception. The second phase involves a reactivation of early sensory cortex by downstream regions and is often cited as a correlate -- if not a proximal cause -- of consciousness. This raises a few crucial questions: firstly, what causes this feedback process to emerge, and secondly, what distinguishes a stimulus representation that has undergone such feedback processing from one that has not ? At the time of writing, two competing theories have been proposed. The first theory, hitherto referred to as "early-and-local", posits that conscious access emerges from the very emergence of a feedback loop between high-level sensory cortex and its primary counterpart, and that this cortical resonance is driven entirely by upstream activations along the feed-forward chain. This implies that only those stimuli that exhibit high salience from the onset can become conscious, and by extension, that the stimulus' reportability is governed entirely by early evoked activity in primary sensory cortex. "Late-and-global" theory, by contrast, posits that conscious perception is the direct result of routing of information through a distributed cortico-cortical network called the Global Neuronal Workspace (hereafter GNW). By this account, visual information in various local cortical regions is given access to routing infrastructure by some selective process, namely attention. In 2013, Sergent and colleagues tested a prediction derived from this second model: that an arbitrary sensory representation that has initially failed to become conscious can be hooked into the GNW by means of an attentional manipulation. To do this, a low threshold target Gabor patch was presented, followed by an extrinsic cue either at the location in which the Gabor had been presented, or on the opposite side of the screen. Subjects were better at discriminating the orientation of the Gabor in trials where the cue had been presented on the same side as the target, and also reported seeing the target more clearly, suggesting that the retrospective intervention of attention was enabling a weak signal to gain access to the global neuronal workspace. We present data from psychophysical modeling and functional magnetic resonance imaging that point to a causal role for attention in the emergence of a conscious percept, with implications for the structure of perceptual representations in early sensory cortex.

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