Vers la compréhension du traitement dynamique du visage humain

par Anne-Raphaëlle Richoz

Thèse de doctorat en Sciences cognitives, psychologie et neurocognition

Sous la direction de Roberto Caldara et de Olivier Pascalis.

Soutenue le 12-01-2018

à Grenoble Alpes en cotutelle avec l'Université de Fribourg , dans le cadre de École doctorale ingénierie pour la santé, la cognition, l'environnement (Grenoble) , en partenariat avec Laboratoire de psychologie et neurocognition (Grenoble) (laboratoire) .

Le président du jury était Valérie Camos.

Le jury était composé de Roberto Caldara, Olivier Pascalis, Bruno Rossion, Daniel Fiset, Nicolas Ruffieux, Chantal Martin Sölch.

Les rapporteurs étaient Bruno Rossion, Daniel Fiset.


  • Résumé

    Au cours des dernières décennies, la plupart des études investiguant la reconnaissance des visages ont utilisé des photographies statiques. Or dans notre environnement naturel, les visages auxquels nous sommes exposés sont des phénomènes dynamiques qu’il est difficile de communiquer écologiquement avec des images statiques. Cette exposition quotidienne et répétée à des visages en mouvement pourrait-elle avoir un effet sur notre système visuel, favorisant le traitement de stimuli dynamiques au détriment des statiques ?Afin d’éclairer cette problématique, les recherches présentées dans cette thèse avaient pour but d’utiliser des stimuli dynamiques pour étudier différents aspects du traitement des visages à travers plusieurs groupes d’âge et populations. Dans notre première recherche, nous avons utilisé des visages animés pour voir si la capacité de nourrissons âgés de 6-, 9- et 12 mois à associer des attributs audibles et visibles à un genre est influencée par l'utilisation d’un discours de type adulte par opposition à un langage de type enfantin. Nos résultats ont montré qu’à partir de 6 mois, lorsqu'ils étaient soumis à un discours de type adulte, les nourrissons associaient les voix et visages de femmes. Par contre, lorsqu'ils étaient confrontés à un langage de type enfantin, cette capacité apparaissait seulement à l'âge de 9 mois. Ces premiers résultats soutiennent l'idée selon laquelle le développement de la perception multisensorielle chez les nourrissons est influencé par la nature même des interactions sociales.Dans notre deuxième recherche, nous avons utilisé une nouvelle technique 4D pour reconstruire les représentations mentales des six émotions de base d’une patiente présentant un cas unique et pure de prosopagnosie acquise (i.e., une incapacité à reconnaître les visages), afin de réexaminer une question bien débattue, à savoir si les modules cérébraux sous-jacents à la reconnaissance de l’identité et des expressions faciales sont séparés ou communs. Les résultats ont montré que notre patiente a utilisé toutes les caractéristiques faciales pour identifier les émotions de base, ce qui contraste fortement avec son utilisation déficitaire de l'information faciale pour la reconnaissance de l’identité. Ces résultats confortent l’idée selon laquelle différents systèmes de représentations sous-tendent le traitement de l'identité et de l'expression. Par la suite, nous avons pu démontrer que notre patiente était capable de reconnaître adéquatement les expressions émotionnelles dynamiques, mais pas les émotions statiques provenant de ses propres représentations internes. Ces résultats qui pourraient être expliqués par un ensemble spécifique de lésions dans son gyrus occipital inférieur droit, soutiennent l’idée selon laquelle le traitement des stimuli statiques et dynamiques se produit dans des régions cérébrales différentes.Dans notre troisième recherche, nous avons investigué si d'autres populations ayant un système visuel neurologiquement fragile ou en développement bénéficient également de la présentation d’expressions dynamiques. Nous avons demandé à plus de 400 sujets âgés de 5 à 96 ans de catégoriser les six expressions de base en versions statique, dynamique ou bruitée. En utilisant un modèle Bayésien, nos résultats nous ont permis de quantifier la pente d'amélioration et de déclin pour chaque expression dans chaque condition, ainsi que d'estimer l'âge auquel l’efficacité est maximale. En résumé, nos résultats montrent la supériorité des stimuli dynamiques dans la reconnaissance des expressions faciales, de manière plus marquée pour certaines expressions que d'autres et de façon plus importante à certains moments spécifiques du développement.Dans l'ensemble, les résultats de cette thèse soulignent l'importance d’investiguer la reconnaissance des visages avec des stimuli dynamiques, non seulement en neuropsychologie, mais aussi dans d'autres domaines des neurosciences développementales et cliniques.

  • Titre traduit

    Moving towards the understanding of dynamic human face processing


  • Résumé

    The human visual system is steadily stimulated by dynamic cues. Faces provide crucial information important for adapted social interactions. From an evolutionary perspective, humans have been more extensively exposed to dynamic faces, as static face images have only appeared recently with the advent of photography and the expansion of digital tools. Yet, most studies investigating face perception have relied on static faces and only a little is known about the mechanisms involved in dynamic face processing.To clarify this issue, this thesis aimed to use dynamic faces to investigate different aspects of face processing in different populations and age groups. In Study 1, we used dynamic faces to investigate whether the ability of infants aged 6, 9, and 12 months in matching audible and visible attributes of gender is influenced by the use of adult-directed (ADS) vs. infant-directed (IDS) speech. Our results revealed that from 6 months of age, infants matched female faces and voices when presented with ADS. This ability emerged at 9 months of age when presented with IDS. Altogether, these findings support the idea that the perception of multisensory gender coherence is influenced by the nature of social interactions.In Study 2, we used a novel 4D technique to reconstruct the dynamic internal representations of the six basic expressions in a pure case of acquired prosopagnosia (i.e., a brain-damaged patient severely impaired in recognizing familiar faces). This was done in order to re-examine the debated issue of whether identity and expression are processed independently. Our results revealed that our patient used all facial features to represent basic expressions, contrasting sharply with her suboptimal use of facial information for identity recognition. These findings support the idea that different sets of representations underlie the processing of identity and expression. We then examined our patient’s ability to recognize static and dynamic expressions using her internal representations as stimuli. Our results revealed that she was selectively impaired in recognizing many of the static expressions; whereas she displayed maximum accuracy in recognizing all the dynamic emotions with the exception of fear. The latter findings support recent evidence suggesting that separate cortical pathways, originating in early visual areas and not in the inferior occipital gyrus, are responsible for the processing of static and dynamic face information.Moving on from our second study, in Study 3, we investigated whether dynamic cues offer processing benefits for the recognition of facial expressions in other populations with immature or fragile face processing systems. To this aim, we conducted a large sample cross-sectional study with more than 400 participants aged between 5 to 96 years, investigating their ability to recognize the six basic expressions presented under different temporal conditions. Consistent with previous studies, our findings revealed the highest recognition performance for happiness, regardless of age and experimental condition, as well as marked confusions among expressions with perceptually similar facial signals (e.g., fear and surprise). By using Bayesian modelling, our results further enabled us to quantify, for each expression and condition individually, the steepness of increase and decrease in recognition performance, as well as the peak efficiency, the point at which observers’ performance reaches its maximum before declining. Finally, our results offered new evidence for a dynamic advantage for facial expression recognition, stronger for some expressions than others and more important at specific points in development.Overall, the results highlighted in this thesis underlie the critical importance of research featuring dynamic stimuli in face perception and expression recognition studies; not only in the field of prosopagnosia, but also in other domains of developmental and clinical neuroscience.

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