Rôle des hémisphères cérébraux dans les processus proactifs qui mènent à la reconnaissance visuelle

par Audrey Trouilloud

Projet de thèse en PCN - Sciences cognitives, psychologie et neurocognition

Sous la direction de Carole Peyrin.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale ingénierie pour la santé, la cognition, l'environnement (Grenoble) , en partenariat avec Laboratoire de Psychologie et Neuro Cognition (laboratoire) et de Perception et Sensori-Motricité (equipe de recherche) depuis le 01-10-2018 .


  • Résumé

    Selon les modèles actuels de la perception visuelle, les fréquences spatiales joueraient un rôle primordial dans les processus proactifs qui mènent à la reconnaissance. Le traitement rapide des basses fréquences spatiales (BFS), à travers les voies magnocellulaires, permettrait de générer des prédictions sur le contenu possible de l'input visuel. Ces prédictions pourraient guider le traitement ultérieur des hautes fréquences spatiales (HFS) qui sont transportées plus lentement par les voies parvocellulaires. Nous avons récemment testé cette hypothèse à l'aide d'un paradigme d'interférence sémantique appliqué sur des images hybrides. Ces images superposent deux scènes, l'une en BFS et l'autre en HFS, qui appartiennent soit à la même catégorie (par exemple, deux scènes de ville en BFS et HFS), soit à des catégories différentes (par exemple, une scène de ville en BFS superposée à une scène de plage en HFS). Nous avons observé que la catégorisation de la scène en HFS de l'image hybride est systématiquement gênée par la présence d'un contenu sémantiquement différent en BFS, même lorsque celui-ci doit être explicitement ignoré. Ce résultat suggère que les BFS sémantiquement différentes ont automatiquement été traitées et utilisées pour générer des prédictions erronées sur le contenu sémantique de la scène en HFS. A ce jour, les modèles proactifs de la perception visuelle ont été principalement testés en vision centrale. Cependant, la densité des cellules ganglionnaires rétiniennes sensibles aux HSF est la plus élevée dans la fovéa tandis que la densité des cellules ganglionnaires rétiniennes sensibles aux BFS augmente avec l'excentricité. Des travaux IRM récents ont permis de montrer que ces différences de traitement relatif des fréquences spatiales en fonction du champ visuel (central vs. périphérique) étaient conservées dans le cortex occipital : les HFS sont majoritairement traitées dans les aires occipitales qui reçoivent les inputs de la fovéa et les BFS dans les aires occipitales qui reçoivent les inputs de la rétine périphérique. Ainsi, on peut s'attendre à ce que le système visuel utilise l'information contextuelle en vision périphérique, dominée par les BFS, pour générer des prédictions sur l'input visuel et pour ensuite utiliser ces prédictions pour guider en vision centrale l'analyse des détails, contenus dans les HFS. A cela s'ajoute des différences de traitement des fréquences spatiales entre les hémisphères cérébraux : les HFS sont préférentiellement traitées dans l'hémisphère gauche lorsque la tâche visuelle exige une analyse fine et détaillée, alors que les BFS sont préférentiellement traitées par l'hémisphère droit lorsque la tâche visuelle nécessite des traitements rapides et grossiers. On peut alors s'attendre à ce que ce soit préférentiellement l'hémisphère droit, spécialisé dans l'analyse des BFS, qui utilise l'information périphérique pour générer des prédictions. Ainsi, les modèles proactifs de la perception visuelle devraient être contraints par les propriétés anatomiques et fonctionnelles de la rétine centrale et périphérique, mais aussi par les différences de traitement visuel inter-hémisphériques. A titre d'exemple, nous avons récemment observé que la catégorisation d'un petit objet (par exemple, en tant qu'un meuble) était gênée par la présence d'une scène en vision périphérique dont le contenu sémantique ne correspondait pas au contexte de l'objet (par exemple, une scène de désert). Par ailleurs, cet effet d'interférence sémantique était plus important lorsque l'objet apparaissait dans le champ visuel gauche que lorsqu'il apparaissait dans le champ visuel droit ou en vision centrale. Ce résultat suggère que le traitement de l'information périphérique par l'hémisphère droit serait tout particulièrement utilisé pour générer des prédictions sur la catégorie de petits objets dans la scène. L'objectif de cette thèse est d'étudier le rôle de la vision périphérique et, pour la première fois, des différences hémisphériques sur les processus proactifs qui mènent à la reconnaissance visuelle. Nous mènerons tout d'abord plusieurs études comportementales à l'aide du paradigme d'interférence sémantique. Ces études seront menées auprès de sujets sains, mais aussi auprès de patients glaucomateux et de patients hémianopsiques. Le glaucome, qui représente un excellent modèle pathologique de la transmission du message nerveux en provenance de la rétine périphérique, nous permettra d'étudier les conséquences d'une perte du signal rétinien en périphérie, alors que l'hémianopsie, qui se caractérise par une lésion unilatérale du cortex occipital, nous permettra d'adresser directement le rôle respectif de chaque hémisphère. Sur la base des résultats comportementaux, nous mènerons ensuite des études en IRM fonctionnelle afin d'identifier les corrélats cérébraux des processus proactifs qui mènent à la reconnaissance visuelle.

  • Titre traduit

    Role of cerebral hemispheres on proactive processing leading to visual recognition


  • Résumé

    According to current models of visual perception, spatial frequencies would play a key role in the proactive processes that lead to recognition. The rapid processing of low spatial frequencies (LFS), through magnocellular pathways, would generate predictions about the possible content of the visual input. These predictions may guide the subsequent processing of high spatial frequencies (HFS) which are conveyed more slowly through the parvocellular pathways.These models have mostly been tested in central vision. Yet, the density of retinal ganglion cells sensitive to HSF is greatest in the fovea while the density of retinal ganglion cells sensitive to LSF increases with eccentricity. Furthermore, the spatial frequency processing is lateralized in both hemispheres, with the right hemisphere predominantly involved in the processing of LSF and the left hemisphere in the processing of HSF. Therefore, proactive models of visual perception should be constrained by the anatomical and functional properties of the central and peripheral retina, as well as by the hemispheric differences. The aim of this thesis is to study the role of peripheral vision and, for the first time, of hemispheric differences on proactive processes that lead to visual recognition. We will first conduct several behavioral studies using the semantic interference paradigm. These studies will be conducted in healthy subjects, but also in glaucoma patients and hemianopic patients. Glaucoma, which represents an excellent pathological model of the transmission of the nerve signal from the peripheral retina, will enable us to study the consequences of retinal signal loss, while hemianopia, which is characterized by a unilateral occipital cortical lesion, will enable us to directly address the respective roles of each hemisphere. Based on the behavioral results, we will then conduct functional MRI studies to identify the brain correlates of the proactive processes that lead to visual recognition.