Cours 3

Question 1

TRAITEMENT DE L’INFORMATION PAR LE SYSTÈME NERVEUX

Answer 1

C’est à travers l’activité des neurones constituant notre système nerveux que se construisent nos perceptions; i.e. notre représentation de l’environnement. 

Cette activité neurale doit donc avoir une correspondance (i.e. une ‘corrélation’) avec les propriétés de l’environnement qu’elle représente.

À travers les étapes de traitement, l’information sensorielle est analysée et transformée afin de fournir une forme de représentation qui soit utile pour l’organisme (i.e. permettant un comportement adapté).



Question 2

Dans le système nerveux, le traitement de l’information s’effectue par :

Answer 2

la communication entre les neurones, donc au niveau de la synapse.



Question 3

Deux propriétés importantes au niveau de la synapse qui contribuent au traitement de l’information sont:

Answer 3

la convergence et l’inhibition dont le rôle peut être illustré avec l’aide de circuits neuronaux artificiels.






Question 4

Circuit neuronal:

Answer 4

Ensemble de neurones qui sont interconnectés par des synapses.

Ce qu’on fait varier, c’est le nombre de photorécepteur éclairé par la lumière

Voir notes

Question 5

Circuit avec convergence et excitation seulement

Answer 5

Les photorécepteurs sont connecté à la cellule B
Plus l’étendue des photorécepteurs stimulé est grande = plus la cellule B est stimulé

Voir notes

Question 6

Circuit avec convergence, excitation et inhibition

Answer 6

Les illustrations qui précèdent démontrent comment la convergence et l’inhibition permettent à un circuit neuronal d’extraire une information significative quant aux propriétés du stimulus qui active les récepteurs. Ces mêmes principes s’appliquent au traitement de l’information qui est effectué par notre système visuel.

Cellule B: détecteur de ligne lumineuse
Si la ligne est trop courte =
Si la ligne est trop longue = moins bonne activation sur la cellule B car seulement 4?
3-4-5 envoie sur B = bonne activation

Savoir pourquoi 3-5 a une meilleure réponse. Savoir
1-7 est pire que 2-6 car on rajoute de l’inhibition
3-5 = excitation sur b
1-2 inhibition sur B

Question 7

Rétine:

Answer 7

On constate un degré important de convergence dans l’organisation rétinienne. Notamment, chaque oeil compte environ 126 M de photorécepteurs mais seulement 1,25 M de fibres dans son nerf optique.

L’organisation anatomique de la rétine témoigne de cette forte convergence.

100/1 en terme de rapport

Question 8

La rétine contient 5 couches cellulaires:
(la lumière traverse les couches)

Answer 8

• photorécepteurs (cônes et bâtonnets)
• cellules horizontales (inter-connecte les cellules qui sont les unes à côté des autres. Inhibition lattéral semble etre réaliser par les cellules horizontales et amacrines. Peut affecter la réponse à un autre endroit de la rétine.
• cellules bipolaires (diffuses (H prend loins)et midget (A et prend plus proche) (corps cellulaire se trouvent au milieu de type fibre en haut dentrites, de l’autre extrémité axone)
• cellules amacrines (crée connexion avec cellules voisines)
• cellules ganglionaires (recoit er véhicule le signal vers le nerf optique)

Voir notes

Question 9

Le niveau de convergence entre les photorécepteurs et les cellules ganglionnaires est beaucoup plus élevé pour les bâtonnets que les cônes:

Answer 9

Bâtonnets: 120 photorécepteurs => 1 cellule ganglionnaire (via les cellules bipolaires diffuses)

Cônes (moyenne): 6 photorécepteurs => 1 cellule ganglionnaire (via les cellules bipolaires diffuses)

Dans la fovéa: la correspondance peut aller jusqu’à 1 => 1 (via les cellules bipolaires midget) 




Question 10

Cette différence dans le taux de convergence pour les bâtonnets et les cônes est responsable de deux différences fonctionnelles importantes entre ces deux classes de photorécepteurs:

Answer 10

• Meilleure sensibilité des bâtonnets à l’énergie lumineuse (après adaptation à l’obscurité)
• Meilleure acuité visuelle (i.e. perception des détails) pour les cônes que les bâtonnets

Question 11

Sensibilité relative des bâtonnets et des cônes

Answer 11

Moins d’énergie lumineuse est requise pour stimuler un bâtonnet qu’un cône. Une autre raison importante cependant de la plus grande sensibilité des bâtonnets est leur niveau de convergence plus élevé.

Question 12

Sommation spatiale:

Answer 12

Addition de l’activité de neurones ayant des champs récepteurs spatiallement distincts. Ce processus est produit par des circuits neuronaux convergents.

Étant donné la sommation spatiale, la cellule ganglionnaire activée par les bâtonnets reçoit plus de synapses excitatrices que celle activée par les cônes.

Pour la même intensité lumineuse:
bâtonnet = en haut du seuil so on détecte l’énergie

Pour le cône = on ne détecte pas l’énergie

Pour les bâtonnet: converge pour faire une réponse (2+2+2+2… = 10)
Pour les cône: l’intensité ne s’accumule pas et ne forme pas d’énergie

Voir notes

Question 13

Acuité relative des bâtonnets et des cones

Answer 13

Acuité perceptive: Résolution spatiale du système perceptif. Une meilleure acuité permet de distinguer de plus petits détails. (à mesure qu’on s’éloigne de la Foévaa, l’acuité s’éloigne du champs visuel)

Une manière d’établir l’acuité est de mesurer la distance minimale nécessaire entre deux points pour que nous puissions les discriminer.

ex: Difficile de dire lequel des points à l’intervalle le plus mince (notes)

Notre acuité visuelle varie en fonction de la région rétinienne stimulée. La fovéa (centre du champ visuel) est la région rétinienne offrant l’acuité maximale. Plus on s’éloigne de la fovéa, plus l’acuité visuelle est réduite.

ex: Regarder le point noir = pas capable de dire la dernière lettre car pas d’acuité. Trop loin du champ visuel

Cette variation de l’acuité selon la position d’un stimulus dans le champ visuel dépend en partie de la variation de la densité des photorécepteurs en fonction de la localisation rétinienne.

Elle dépend également des différences entre les cônes et les bâtonnets au niveau de la sommation spatiale.

0* = meilleur acuité visuel = fovéa

Voir notes

Question 14

Une autre propriété essentielle des circuits neuronaux pour le traitement de l’information est:

Answer 14

l’inhibition, qui est produite par les synapses inhibitrices.

Le rôle de l’inhibition a notamment été étudié chez la limule (c’est avec son œil qu’on n’a pu voir la réponse des synapses inhibitrice), dont la structure particulière de l’œil permet la stimulation de photorécepteurs individuels.

Plus la stimulation concurrente en B est forte, plus la réponse en A est diminuée. Le site A reçoit donc une inhibition en provenance de B.

Puisque cette inhibition est transmise par des connexions latérales (chez la limule, au niveau du plexus latéral), on appele le phénomène inhibition latérale.

Sur le plan fonctionnel, le rôle de l’inhibition est l’accentuation des contrastes (en facilitant ainsi la détection).

L’inhibition latérale peut être mise en évidence de différentes manières chez l’humain.
Celle-ci se produit à travers les connexions latérales réalisées par les cellules horizontales et amacrines de la rétine.

Stimule en B donc effet inhibitoire en A
Interconnexion entre les photorécepteurs et compétition entre eux.

Inhibition latérale créer par le plexus latéral.

C’est le plexus latéral qui est inhibiteur
Mesure juste sur A, donc c’est l’effet sur A?

Voir notes

Question 15

Inhibition latérale et perception des contrastes

Answer 15

Le rôle de l’inhibition latérale dans la détection des contrastes peut être mis en évidence avec l’illusion produite par la grille de Hermann. (Voir notes)

La perception de cercles foncés aux intersections tient au fait qu’une plus forte inhibition latérale est reçue par ces régions que pour les « corridors ».

Car plus de stimulation à l’intérieur des carrées que dans les lignes

A recoit plus d’inhibition latéral que B alors c’est pourquoi on voit les choses différemment

(Intersection plus foncé que le reste)

L’illusion des bandes de Mach constitue un autre exemple du rôle de l’inhibition latérale dans la perception des contrastes. (Voir notes)

Rouge = objective en intensité lumineuse
Bleu = ce qui arrive vraiment plus fonce/pale qu’en réalité

Il est facile de produire l’illusion en utilisant une ombre projetée. Il est facile de produire l’illusion en utilisant une ombre projetée.

L’inhibition latérale accentue l’impression de contraste au niveau de la frontière entre une région claire et une région foncée, causant ainsi l’illusion des bandes de Mach
Voir notes

Interconnexion entre les neurones voisines (inhibitrice)
Zone claire (réponse de 80) vs foncé (réponse de 16)
Plus de lumière = + d’activité neuronales
On a donc l’impressions que c’est plus fonce/clair que ce l’est en réalité

Un autre phénomène attribuable (au moins partiellement) à l’inhibition latérale est l’effet de contraste simultané d’intensité.

La notion d’inhibition latérale est toutefois insuffisante pour expliquer la diffusion de l’illusion au centre de la figure. D’autres cas ne peuvent être expliqués simplement par l’inhibition latérale au niveau de la rétine.

Le triangle B apparait plus clair que A. même intensité luminaire. On ne peut pas expliquer car la couleur du contour est la même = même intensité. Alors ces dans notre cortex visuel et le système de perception de la forme. Appartenance à cette zone gris clair a la zone gris foncé vs triangle A dans la zone claire
Croix de Benary

Question 16

Champs récepteurs dans le système visuel

Answer 16

Le rôle déterminant de la convergence et de l’inhibition dans les circuits neuronaux se manifeste non seulement à travers les phénomènes de sensibilité, d’acuité ou de perception des contrastes vus jusqu’ici.

Ces mêmes processus de convergence et d’inhibition vs excitation sont responsables également des propriétés des champs récepteurs des neurones du système visuel.

Champ récepteur: Portion de la rétine qui, lorsqu’elle est stimulée, affecte l’activité du neurone.

Cet effet peut être excitateur ou inhibiteur.

Question 17

Les champs récepteurs peuvent être divisés en deux zones :

Answer 17

excitatrices et inhibitrices.

Zone excitatrice: La présentation d’une stimulation lumineuse dans cette portion du champ récepteur augmente la fréquence de l’influx nerveux.

Zone inhibitrice: La présentation d’une stimulation lumineuse dans cette portion du champ récepteur réduit la fréquence de l’influx nerveux et peut même en bloquer la production. Le retrait de la stimulation lumineuse dans cette portion du champ récepteur est accompagné d’une augmentation transitoire de la fréquence de l’influx nerveux (réponse ‘off’).

Les champs récepteurs de neurones individuels sont déterminés par l’enregistrement de leur activité avec l’aide de microélectrodes en réponse à la stimulation qui est projettée sur la rétine.
L’enregistrement de l’activité des cellules ganglionaires en réponse à la stimulation visuelle met en évidence un traitement de l’information qui est effectué au niveau rétinien, i.e. il y a transformation de la représentation visuelle entre les photorécepteurs et les cellules ganglionnaires.

Question 18

Au niveau des cellules ganglionnaires, on constate des champs récepteurs concentriques de deux types complémentaires:

Answer 18

centre excitateur et périphérie inhibitrice

centre inhibiteur et périphérie excitatrice

(Voir notes)
A: stimulation à l’extérieur du champ récepteur

B: stimulation exclusive de la zone centrale (excitatrice) du champ récepteur

C: stimulation exclusive de la zone périphérique (inhibitrice) du champ récepteur

Réponse d’une cellule ganglionnaire avec centre excitateur et périphérie inhibitrice en fonction de l’étendue spatiale de la région rétinienne stimulée.

De la lumière partout ou pas du tout = même chose pour le neurone

On a genre 1 milliards de champs récepteurs et tous ensemble = info dans l’œil de contraste et non image

Le circuit neuronal suivant illustre, de façon simplifiée, les connexions neuronales susceptibles de produire les champs récepteurs concentriques observés au niveau des cellules ganglionnaires.

Ce circuit met en évidence la contribution essentielle de la convergence et de l’inhibition pour le traitement de l’information.

Au niveau des cellules ganglionnaires, la représentation visuelle n’est plus en termes d’intensité lumineuse et de composition spectrale à un point du champ visuel, tel que c’est le cas au niveau des photorécepteurs. Les champs récepteurs concentriques des cellules ganglionnaires représentent plutôt le contraste.





Question 19

Chiasma optique:

Answer 19

Anatomie des voies visuelles au-delà de la rétine
Point où les nerfs optiques de chaque oeil se croisent. C’est à ce niveau que se produit la décussation optique, où les fibres correspondant aux hémirétines droits de chaque oeil projettent vers le corps genouillé latéral droit (et l’hémisphère cérébral droit), et vice-versa pour les fibres provenant des hémirétines gauches.

Question 20

Corps genouillé latéral:

Answer 20

Anatomie des voies visuelles au-delà de la rétine
Noyau thalamique; lieu de synapse reliant le nerf optique et le cortex visuel. 



Question 21

Radiations optiques:

Answer 21

Anatomie des voies visuelles au-delà de la rétine
Voie de projection entre le corps genouillé latéral et le cortex visuel primaire
Structure du thalamus

Question 22

Cortex visuel primaire:

Answer 22

Anatomie des voies visuelles au-delà de la rétine
Premier site cortical recevant une information visuelle. Situé dans le pôle occipital, souvent appelé cortex strié ou V1. Celui-ci envoie ensuite des projections en direction d’autres aires corticales, appelées extra-striées.

Question 23

Collicule supérieur:

Answer 23

Anatomie des voies visuelles au-delà de la rétine
Structure sous-corticale, cible de la voie de projection rétino-tectale, qui est parallèle à la voie rétino-corticale. Reçoit environ 10% des fibres ganglionnaires et est notamment impliqué dans le contrôle des mouvements oculaires.

Question 24

Champs récepteurs au-delà de la rétine

Answer 24

Au niveau du corps genouillé latéral (CGL), les champs récepteurs ont une structure identique à celle retrouvée pour les cellules ganglionnaires.

Au contraire des neurones du CGL, le stimulus optimal pour les neurones du cortex visuel primaire est plutôt une barre possédant une orientation particulière.

Ainsi, la représentation visuelle dans V1 prend la forme de contours orientés; ou plus spécifiquement, de rayures ayant à la fois une orientation et une largeur particulière.

Question 25

Les champs récepteurs des cellules du cortex strié sont de trois types:

Answer 25

simple, complexe et hypercomplexe (“end-stopped”).





Question 26

Cellules simples

Answer 26

Ont un champ récepteur ayant la forme d’une barre orientée. Le champ récepteur est constitué de 2 ou 3 bandes juxtaposées se distinguant par leur polarité. (Le terme ‘polarité’ réfère à la distinction entre zones excitatrices et inhibitrices du champ récepteur.)

La réponse des cellules simples est sélective à l’orientation. Toutefois, la stimulation par des points lumineux produit une réponse.

Zone excitatrice au centre et inhibitrice en périphérie
Cellule qui préfère ligne verticale (sélective)

1. Neurone répond très fortement et est très excité car on active sa zone
2. Moins stimulé
3. Zéro excitation car pas dans la zone préférée

Toute sorte d’orientation préféré possible (différentes cellules aiment certaines choses)

Comment peut-on partir des champs récepteurs concentriques (ce qu’on retrouve au CGL) pour construire des champs récepteurs qui préfère des types d’orientations dans le cortex visuel primaire?

La théorie:

La configuration des champs récepteurs des cellules simples semble reposer en majeure partie sur la convergence d’une collection de neurones avec des champs récepteurs concentriques (CGL) vers des neurones individuels de l’aire V1.

Une collection de cellule du CGL qui vont converger vers une même cellule du V1, ce cumule afin d’attirer dans le champ récepteur

Question 27

Cellules complexes

Answer 27

Leur champ récepteur est sélectif à l’orientation, comme pour les cellules simples, mais leur réponse est indépendante de la localisation du stimulus dans le champ récepteur.
si pu dans la zone excitatrice du champ récepteur = pas d’excitation
Mais si déplacer peu importe où dans le champ récepteur = excitation

De plus: 
- le stimulus doit être en mouvement (avec sélectivité occasionnelle pour la direction du mouvement [Un mouvement dans une direction: gauche vers droite = good, mais droite vers gauche = nono])

- la présentation de points lumineux n’évoque pas de réponse

Question 28

Cellules hypercomplexes (“end-stopped”)

Answer 28

Champs récepteurs activés par des lignes d’une longueur spécifique. La réponse du neurone est également sélective à la direction de mouvement (tout le temps !!). Aucune réponse n’est évoquée par une stimulation statique.

La particularité des cellules hypercomplexes est leur sélectivité à la longueur.

Longueur optimale: s’arrête aux extrémités du champ récepteur

À mesure qu’on avance dans la hiérarchie du système visuel, plus on constate une augmentation de la richesse de l’information représentée, de sa complexité et de son niveau d’abstraction. Par exemple, les cellules complexes et hypercomplexes exigent une stimulation en mouvement et, de fait, fournissent une représentation qui va au-delà d’un pattern lumineux d’une forme particulière comme c’est le cas pour les ganglionnaires ou les cellules simples par exemple.
Cette progression en termes de complexité et d’abstraction se poursuit au niveau des aires extra-striées, où on peut retrouver des champs récepteurs sélectifs au mouvement global ou encore à des formes complexes.

Projection à l’extérieur du cortex strié
Aires extra-striées = traitement de l’info so plus complexe

Cortex inféro-temporal: forme visuelle assez complexe
Sélectivité de la forme active le rôle des champs récepteurs

Question 29

Adaptation sélective et champs récepteurs

Answer 29

La sélectivité des champs récepteurs des neurones du système visuel fait en sorte qu’ils ont la capacité de signaler la présence de certaines propriétés de la stimulation visuelle – ils sont des détecteurs de traits (« feature detectors »).
Leur existence cependant, ne suffit pas à démontrer qu’ils contribuent effectivement à la perception.

Il est possible, par la méthode psychophysique d’adaptation sélective, de démontrer l’effet de la sélectivité des champs récepteurs sur l’expérience perceptive.



Question 30

Adaptation sélective:

Answer 30

Exposition continue, pour une certaine période de temps, à un stimulus comportant une propriété spécifique. L’effet de l’adaptation sélective se manifeste par un effet consécutif sélectif, qui est lui-même causé par une fatigue cellulaire sélective (i.e. réduction de sensibilité).





Question 31

Effet consécutif:

Answer 31

Modification du fonctionnement perceptif suite à l’exposition prolongée à une stimulation.
Une méthode efficace pour évaluer l’effet consécutif est de comparer la sensibilité au contraste avant et après la période d’adaptation sélective.

Question 32

Sensibilité au contraste:

Answer 32

Niveau de contraste minimal requis pour détecter l’alternance entre les barres pâles et foncées constituant un réseau (“grating”; pattern présentant une alternance entre des barres pâles et foncées).

Question 33

Seuil de détection de contraste:

Answer 33

on arrive pu à distinguer la différence (œil pas capable de détecter car contraste trop faible)

Les réseaux constituent un outil important pour l’étude de la vision parce qu’ils correspondent au type d’information qui est représenté par les neurones de l’aire V1.

Question 34

Après l’adaptation sélective à un réseau vertical, on constate une réduction sélective de la sensibilité au contraste pour cette orientation. On appelle cet effet :

Answer 34

effet consécutif sélectif à l’orientation.

La sélectivité à l’orientation de l’effet consécutif est très proche de celle des champs récepteurs des neurones de l’aire V1 (illustré ici, cellule simple).
Beaucoup de réduction de la sensibilité au contraste

Étapes
1. Mesure la sensibilité de contraste pour beaucoup de contraste
2. On fatigue nos neurones
3. Mesure de nouveau la sensibilité de contraste et on voit une réduction sélective de la sensibilité au contraste

Méthode alternative pour mesurer l’effet consécutif d’orientation. À droite : stimulus d’adaptation ; à gauche, stimulus test.
On devrait voir le ligne test verticale pencher vers le côté opposé car fatigue (voir notes à qqun)

Question 35

L’effet consécutif d’orientation résulte d’une

Answer 35

fatigue sélective des neurones de l’aire V1 qui répondent au stimulus d’adaptation.

Question 36

La sélectivité à la fréquence spatiale:

Answer 36

Les neurones de l’aire V1 présentent également une sélectivité à la fréquence spatiale. (La largeur des bandes

Plus les bandes sont large moins la fréquence est élevée)

Certains neurones préfèrent les bandes étroites = fréquence spatiale élevé)

L’échelle de mesure pour la fréquence spatiale est le nombre de cycles du réseau (i.e. une barre foncée + une barre pâle) par degré d’angle visuel.

La largeur du pouce tenu à bout de bras correspond à une étendue d’environ 2 degrés d’angle visuel.

La sélectivité à la fréquence spatiale des neurones de l’aire V1 suggère que cette aire visuelle applique une analyse de Fourier sur la stimulation visuelle.

Avec la méthode d’adaptation sélective, il est possible de produire un effet consécutif sélectif à la fréquence spatiale.