Traitement des configurations spatiales dans le cortex visuel chez le primate non-humain

Spatial configurations processing in the visual cortex of non-human primate

• Auteur / Autrice : Pauline Audurier
• Direction : Benoit Cottereau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 13/12/2021
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Comportement, Langage, Éducation, Socialisation, Cognition (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherche Cerveau et Cognition (Toulouse ; 1993-....)
• Jury : Président / Présidente : Bruno Guiard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Benoit Cottereau, Julia Sliwa
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Céline Amiez, Valérie Goffaux, Hans Op de Beeck

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chez les animaux

Vision

Primates

Aire visuelle

Mots clés libres

Vision

Cortex visuel

Neurosciences

Imagerie fonctionnelle

Primate non-humain

Etudes comparatives

Vision

Visual system

Neurosciences

Functional imaging

Non-human primate

Comparatives studies

Résumé

Le traitement des configurations spatiales est un mécanisme qui intervient en permanence au sein du cortex visuel. Dans ce monde emplit de régularités qui est le nôtre, il tient une place prépondérante dans l'analyse des objets de notre environnement en nous permettant d'établir des relations spatiales entre des ensembles d'éléments pour aboutir à une perception globale. Si certaines caractéristiques de ces mécanismes ont été étudiés chez les primate humain et non-humain, les observations issues de ces études ont été majoritairement portées par des approches différentes dont les méthodes non-invasives en neuroimagerie sont privilégiées chez l'humain et les méthodes plus invasives tel que l'électrophysiologie sont favorisées chez le singe. Bien qu'elles soient un support critique dans la compréhension des mécanismes neuronaux, les connaissances issues d'enregistrements unitaires chez le singe ne peuvent être transposées à l'humain qu'une fois l'identification d'homologies et de différences fonctionnelles établie à partir des mêmes approches expérimentales. Pour ce faire, nous proposons dans cette thèse de répondre aux besoins d'études comparatives entre les deux espèces dans le cadre du traitement visuel des configurations spatiales portant sur le traitement de la symétrie et le traitement configural des visages par une approche en IRMf. Une première étude menée en collaboration avec des chercheurs de l'Université de Stanford nous a permis d'étudier les réponses à des stimuli texturaux englobant des motifs de symétrie chez le macaque. Nous avons pu mettre en évidence (1) un réseau cortical de traitement de la symétrie par rotation similaire entre les primates humains et non-humains, (2) des réponses augmentant de manière paramétrique avec l'ordre de symétrie présenté (n rotations) (3) un réseau similaire de traitement de la symétrie par rotation et par réflexion chez le macaque (4) des réponses plus fortes pour des motifs symétriques à deux axes (horizontale et verticale) plutôt qu'un seul axe (horizontal). Nous avons ainsi observé que les réponses à la symétrie chez le macaque débutaient au-delà de V1, dans un réseau comprenant les aires V2, V3, V3A, V4 semblablement à l'humain mais également des réponses paramétriques à l'ordre de symétrie par rotation dans les aires V3, V4 et PITd tout comme reporté chez les sujets humains. En somme, l'ensemble de ces résultats ont mis en évidence le réseau cortical du traitement de la symétrie jusqu'alors jamais observé chez le macaque, supporté par des aires visuelles homologues à celles de l'humain. Ces résultats ouvrent de nouvelles pistes quant à la compréhension des mécanismes neuronaux unitaires par des approches plus invasives chez le singe, tout particulièrement dans l'aire V3 qui semble jouer un rôle important dans le traitement sophistiqué des paramètres de configurations spatiales. La secondé étude de ce projet de thèse visait à étudier les mécanismes de reconnaissance de l'identité faciale chez le singe à travers l'orientation configurale des visages porté par l'objectif de réaliser une comparaison inter-espèces du traitement holistique des visages. S'il est largement admis que l'humain est un expert de l'identification des visages dont les mécanismes dépendent de l'orientation dans laquelle ils sont présentés, les résultats sont bien plus contradictoires chez le singe. Pour résoudre ces contradictions, nous avons mis en place un protocole innovant visant à mesurer l'effet d'inversion chez les deux espèces qui ne nécessitait ni entrainement ni tâche comportementale. Cette étude menée en collaboration avec B. Rossion demeure en cours d'acquisition. Néanmoins, les données pourraient fournir des preuves de mécanismes fonctionnels distincts entre celles-ci, appelant à une potentielle réévaluation de l'utilisation du macaque dans l'étude et la compréhension des processus de reconnaissance de l'identité faciale chez l'humain.

The processing of spatial configurations is a mechanism that constantly intervenes within the visual cortex. In this world full of regularities that are ours, it holds a prominent place in the analysis of objects in our environment, allowing us to establish spatial relationships between sets of elements to reach a global perception. While characteristics of these mechanisms have been studied in human and non-human primates, the resulting observations depend on different methodologies. In human studies, non-invasive neuroimaging methods are privileged, while more invasive technics (i.e electrophysiology) are favored in monkeys. Despite being critical in understanding neuronal mechanisms, outcomes from unit recordings in monkeys can only be transposed to humans once the identification of functional homologies and differences are established from the same experimental approaches. Tn this thesis, we propose to meet the needs of comparative studies between the two species within the visual treatment of spatial configurations framework relating to the processing of symmetry and the configural processing of faces by an fMRI approach. A first study conducted in collaboration with researchers at Stanford University allows us to investigate the responses to textural stimuli encompassing patterns of symmetry in the macaque brain. The study demonstrates (1) a similar cortical rotational symmetry processing network between human and non-human primates (2) responses increasing parametrically with the order of symmetry presented (n rotations) (3) a similar network for processing of rotational and reflection symmetry in the macaque (4) stronger responses for symmetrical patterns with two axes (horizontal and vertical) rather than a single axis (horizontal). We also observe that the responses to symmetry in the macaque begin beyond V1, in a network comprising the areas V2, V3, V3A, V4 similar to humans but also parametric responses to the order of rotation in symmetry in areas V3, V4, and PITd as reported in human subjects. Overall, all of these results highlight the cortical network of symmetry processing never observed in macaques so far, supported by visual areas homologous to those of humans. These results open up new possibilities for the understanding of unitary neuronal mechanisms by more invasive approaches in monkeys, especially in the V3 area which seems to play an important role in the sophisticated processing of spatial configuration parameters. The second study of this thesis project aims to investigate the mechanisms of facial identity recognition in monkeys through the configural orientation of faces, and carry out an interspecies comparison of holistic facial processing. It is widely accepted that humans are experts at identifying faces whose mechanisms depend on the orientation in which they are presented. However, results are much more contradictory in the monkey. To resolve these contradictions, we implement an innovative protocol to measure the face inversion effect in the two species that require no training or behavioral tasks. This study, conducted in collaboration with B. Rossion, is still in progress. Nonetheless, the futur data could provide evidence of distinct functional mechanisms between human and non-human species, calling for a potential reassessment of the use of the macaque in the study and understanding of facial identity recognition processes in humans.