Les chercheurs démontrent des mécanismes qui facilitent la reconnaissance précise des images en mouvement

La collaboration internationale démontre des mécanismes qui facilitent l’identification précise des images en mouvement. Les résultats ont été publiés dans Connexions naturelles

Imaginez rencontrer un ami dans la rue et imaginez qu’à chaque pas qu’il fait, votre système visuel doit traiter son image à partir de zéro afin de l’identifier. Imaginez maintenant si la même chose arriverait à chaque objet et créature qui se déplace autour de nous. Nous vivrons dans un état constant d’incertitude et d’incohérence. Heureusement, ce n’est pas le cas.

Notre système visuel est capable de retenir les informations obtenues pendant le mouvement, nous présentant ainsi une image plus cohérente de notre environnement. Ce sont les résultats d’une étude menée par SISSA, en collaboration avec l’Université de Pennsylvanie et la Katolike Universiteit Leuven et publiée dans Connexions naturelles, ce qui explique la base neurologique de ce phénomène.

L’un des plus grands défis de tous les systèmes sensoriels est de maintenir une représentation cohérente de ce qui nous entoure, malgré les changements constants qui se produisent autour de nous. Il en va de même pour le système optique. Regardez autour de vous : les choses, les animaux, les gens, ils sont tous en mouvement. Nous nous déplaçons nous-mêmes. Cela conduit à des fluctuations rapides des signaux que reçoit la rétine, et jusqu’à présent, il n’était pas clair si le même type de différences s’appliquerait aux couches plus profondes du cortex visuel, où les informations sont combinées et traitées. Si c’est le cas, alors nous vivons dans une grande confusionرتباك. « 

David Zuccilan, directeur du laboratoire de neurosciences visuelles, International School for Advanced Studies

On sait depuis un certain temps que les signaux produits par la rétine après présentation de stimuli visuels arrivent à un ensemble d’étapes de traitement successives au sein du cortex visuel, agencées selon une hiérarchie finement réglée. C’est cette séquence de traitement qui nous permet de reconnaître un objet ou un visage et ce quel que soit son angle ou sa position. Ceci a été démontré dans le cas de stimuli statiques et s’explique par la persistance de l’encodage d’images qui se construisent progressivement le long de la hiérarchie corticale.

Pour étudier l’existence d’un processus similaire dans des situations dynamiques, des chercheurs de SISSA, de l’Université de Pennsylvanie (Penn) et de la Katholieke Universiteit Leuven (KU Leuven), dirigés par Zoccolan, ont analysé les signaux produits par les neurones dans différentes zones corticales visuelles chez les rongeurs. après présentation de stimuli visuels dynamiques. . Les résultats ont été publiés dans Connexions naturelles.

« Nous avons utilisé trois ensembles de données distincts : un collecté par Liviu Soltuzu à SISSA, un collecté par Kasper Vinken à la KU Leuven dans le groupe dirigé par Hans Op de Beeck et un mis gratuitement à disposition par l’Allen Institute for Brain Sciences à Seattle », a dit le scientifique. . « Les stimuli visuels utilisés dans chacun étaient de différents types. Chez SISSA, nous avons créé des vidéos personnalisées qui montraient des objets se déplaçant à différentes vitesses. D’autres ensembles de données ont été obtenus à l’aide de différents types de clips, y compris à partir de films. »

Ensuite, les chercheurs ont analysé les signaux enregistrés dans différentes régions du cortex visuel grâce à une combinaison d’algorithmes et de modèles avancés développés par Eugenio Piasini et Vijay Balasubramanian de Pennsylvanie en collaboration avec des scientifiques de SISSA (Livio Soltuzzo, Paolo Morator et Riccardo Caramelino). Les chercheurs ont développé un cadre théorique pour aider à corréler les images dans les films avec l’activité de neurones spécifiques afin de déterminer comment les signaux neuronaux se développent sur différentes échelles de temps.

« L’art dans cette science a découvert une méthode d’analyse pour montrer que le traitement des images visuelles ralentit à mesure que vous allez de plus en plus profondément dans le cerveau », explique Balsubramanian. « Différents niveaux du cerveau traitent les informations à différentes échelles de temps – certaines choses peuvent être plus stables, d’autres plus rapidement. Il est très difficile de dire si les échelles de temps changent dans le cerveau, donc notre contribution a été de trouver un moyen de le faire. « 

Les résultats sont restés cohérents, quelle que soit la nature des stimuli visuels : « Nous avons observé une persistance accrue des réponses neuronales enregistrées dans des stades plus profonds du système visuel, une sorte de « persistance perceptive » qui assure une certaine stabilité dans l’encodage des informations et élimine les fluctuations observées dans les anciennes zones visuelles », explique Zoccolan. Et pas seulement cela. Nous avons également observé une forme de persistance « intrinsèque » qui augmentait le long de la hiérarchie des régions visuelles. Dans les régions plus profondes, la réponse neuronale reste pendant quelques centaines de millièmes de seconde même après la disparition du stimulus, assurant un minimum durée d’encodage des images, ce qui garantit à son tour que les informations sont correctement traitées et que la réaction au stimulus est correctement calibrée.