Cours 4: champs récepteurs propriétés avancées

Question 1

Qu’est-ce qu’un champ récepteur selon la définition classique?

Answer 1

Le champ récepteur d’un neurone perceptif est la partie du champ visuel ou de la surface rétinienne qui, lorsqu’elle est stimulée, affecte la réponse du neurone. Cette définition n’inclut pas le traitement de l’information contextuelle située en dehors du champ récepteur.

Question 2

Quelles sont les principales propriétés des champs récepteurs identifiées dans le cortex visuel primaire (V1)?

Answer 2

Sélectivité à l’orientation d’un stimulus (ex. : ligne inclinée à 45°).

Sélectivité à la direction du mouvement (ex. : préférence pour un déplacement vers le haut et la droite).

Certains neurones ne réagissent pas du tout aux orientations ou directions opposées.

Question 3

Quelle découverte a remis en question la définition classique du champ récepteur?

Answer 3

Des recherches ont montré que les neurones sont influencés par des stimuli situés en dehors de leur champ récepteur, démontrant leur capacité à intégrer un contexte plus large et non seulement local.

certains neurones réagissent fortement à une orientation spécifique, tandis qu’ils restent silencieux pour d’autres orientations.

Question 4

Comment sont constitués les champs récepteurs de V1?

Answer 4

Dans l’aire V1 (cortex visuel primaire), les champs récepteurs ne sont plus concentriques comme dans les cellules ganglionnaires ou le corps genouillé latéral (CGL). Ils sont allongés et organisés selon une structure excitatrice-inhibitrice.

Pour créer un champ récepteur allongé et orienté dans V1, plusieurs neurones du CGL convergent sur un même neurone de V1.
Ces neurones alignent leur portion centrale excitatrice selon une orientation spécifique.
La sommation des réponses crée alors un champ récepteur qui répond préférentiellement aux lignes et contours orientés plutôt qu’aux points lumineux.

Question 5

Quelle est la différence entre les champs récepteurs du CGL et ceux de V1 ?

Answer 5

CGL : Les champs récepteurs sont concentriques avec un centre excitateur et une périphérie inhibitrice, ou inversement.

V1 : Les champs récepteurs sont allongés et répondent préférentiellement aux orientations spécifiques de lignes et de contours.

Question 6

Quelle théorie classique explique la transition des champs récepteurs du CGL vers ceux de V1 ?

Answer 6

La théorie de Hubel et Wiesel explique la transition des champs récepteurs concentriques du CGL aux champs récepteurs orientés de V1 par un processus de sommation neuronale.

Dans le CGL, les champs récepteurs sont circulaires et détectent uniquement des points lumineux. En V1, plusieurs neurones du CGL, alignés spatialement, convergent vers un même neurone. Cette sommation crée un champ récepteur allongé, rendant le neurone sélectif à une orientation spécifique.

Ce mécanisme explique la formation des colonnes d’orientation dans V1, permettant la détection des contours et des formes.

Question 7

Quels sont les circuits neuronaux impliqués dans les champs récepteurs de V1 ?

Answer 7

Les champs récepteurs classiques sont principalement formés à partir de connexions ascendantes provenant du CGL. Cependant, des recherches récentes ont montré que des connexions latérales et descendantes jouent également un rôle dans l’intégration dynamique des informations visuelles.

Question 8

Quel est le rôle du where pathway? Nomme ses 2 autres noms

Answer 8

parietal pathway, voie dorsale

Analyse du mouvement, de la position spatiale et de la coordination visuomotrice.

Question 9

Quel est le rôle du what pathway? Nomme ses 2 autres noms

Answer 9

(temporal pathway, voie ventrale)

Identification et reconnaissance des objets, des formes et des couleurs.

Question 10

Décrit les structures qui compose le where pathway (6)

Answer 10

Cellules ganglionnaires M de la rétine

LNG: cellules Magnocellulaire

V1 (Cortex visuel primaire) : Détecte les contours, orientations, et informations visuelles de base.

V2 (Cortex visuel secondaire) : Analyse des contours, des profondeurs et des textures.

V3 (Cortex visuel tertiaire) : Participe à l’analyse des formes en mouvement.

MT (Moyenne temporale, aussi appelée V5) : Spécialisé dans la perception du mouvement (vitesse, direction des objets en déplacement).

Cortex pariétal (Parietal cortex) : Impliqué dans la localisation spatiale, l’attention visuelle et la coordination visuomotrice.

Question 11

Décrit les structures qui compose le what pathway (5)

Answer 11

Cellules ganglionnaire P de la rétine

Cellules P du LNG

V1 (Cortex visuel primaire) : Détecte des caractéristiques accidentels: contours et orientations, contrastes

V2 (Cortex visuel secondaire) : aux bords, aux contours illusoires (ex. : triangle de Kanizsa) et aux textures

V4 : Spécialisé dans la perception des couleurs et des formes basique

IT (Cortex temporal inférieur) : Reconnaissance des objets et mémorisation des formes visuelles.

VOT (Cortex temporal): reconnaissance globale
Fusiform Face Area (FFA) : Partie spécialisée dans la reconnaissance des visages.
Parahippocampal Place Area (PPA) : Impliquée dans la reconnaissance des lieux et des scènes visuelles.

Question 12

Quelles sont les 3 types de connexions qui influencent le traitement neuronal dans le cortex visuel?

Answer 12

Connexions ascendantes : provenant des neurones des aires inférieures (ex. corps genouillé latéral vers V1).

Connexions horizontales (intra-aire) : interconnexions entre neurones au sein d’une même aire visuelle, influençant leurs propriétés réceptives.

Connexions descendantes (feedback) : rétroaction des aires visuelles supérieures vers les aires inférieures (ex. de V2 vers V1), modulant l’activité neuronale.

Question 13

Quelle est la fonction des connexions horizontales dans les aires visuelles ?

Answer 13

Les connexions horizontales permettent une communication entre les neurones d’une même aire visuelle (ex. V1). Elles jouent un rôle essentiel dans :

L’intégration de l’information contextuelle.

La perception des contours.

La modulation de l’activité neuronale en fonction du contraste visuel.

Question 14

Quelle est l’importance des connexions descendantes ?

Answer 14

Les connexions descendantes relient les aires visuelles supérieures (ex. V2) aux aires inférieures (ex. V1).

Elles modulent la réponse des neurones en fonction du contexte global de l’image.

Elles peuvent être plus nombreuses que les connexions ascendantes, soulignant leur rôle clé dans l’interprétation hiérarchique des stimuli visuels.

Question 15

Quel type de connexion appartient à chaque type de champ récepteur? (classiques et non-classiques)

Answer 15

Champs récepteurs classiques : Influencés uniquement par des connexions ascendantes. Ils réagissent aux stimuli situés dans une région spécifique du champ visuel.

Champs récepteurs non-classiques : Influencés par des connexions horizontales et descendantes. Ces neurones peuvent moduler leur réponse en fonction de stimuli contextuels situés en dehors de leur champ récepteur direct.

Question 16

Comment chaque type de connexion propre aux champs récepteurs non-classiques contribuent à ses propriétés? (mécanismes)

Answer 16

Les propriétés non-classiques résultent principalement de :

Connexions horizontales : Facilitent l’intégration d’informations provenant de champs récepteurs adjacents.
Connexions descendantes : Permettent une rétroaction, influençant l’activité des neurones en fonction de l’interprétation globale du stimulus visuel.

Question 17

V/F: Dans certains cas, les connexions descendantes sont plus nombreuses que les connexions ascendantes

Answer 17

Vrai

Question 18

Qui a introduit la notion de champs récepteurs non-classiques (CRNC), et dans quel contexte?

Answer 18

Allman et ses collaborateurs (1985) ont introduit la notion de champs récepteurs non-classiques pour expliquer les effets de contexte sur les réponses neuronales. Ces effets montrent que les neurones peuvent être influencés par des stimuli situés en dehors de leur champ récepteur classique, ce qu’on appelle le contexte.

Question 19

Dans quelle aire cérébrale les effets de contexte ont-ils été initialement observés, et à quelles autres aires se sont-ils généralisés ?

Answer 19

Les effets de contexte ont été observés pour la première fois dans l’aire MT (spécialisée dans le mouvement). Par la suite, ils ont été retrouvés dans d’autres aires, comme V1, et pour diverses propriétés visuelles, telles que :

Orientation
Disparité binoculaire
Couleur
Contraste

Question 20

Selon la méthode utilisée par Allman et al. (1985):

deux conditions expérimentales pour tester la réponse des neurones de MT :

2.1 Phase 1 : Identification du champ récepteur classique
délimiter le champ récepteur classique d’un neurone dans MT : Une stimulation en mouvement est appliquée dans le champ récepteur.

2.2 Phase 2 : Influence du mouvement dans l’arrière-plan
Une deuxième condition est testée : La texture en mouvement dans le champ récepteur classique garde la direction préférée du neurone.

Quels ont été les 2 résultats de l’expérience de Allman et al sur l’effet de contexte et ce qu’on peut en comprendre?

Answer 20

Lorsque l’arrière-plan a la même direction de mouvement que celle du champ récepteur classique, la réponse neuronale diminue considérablement.

Lorsque l’arrière-plan présente un mouvement opposé, la réponse neuronale augmente fortement.

Le neurone traite donc l’information contextuelle en dehors de son champ récepteur classique: les neurones intègrent bien les informations du contexte, mais uniquement lorsque leur champ récepteur classique est activé de manière optimale.

C’est comme comportementalement : Un objet en mouvement devient plus saillant lorsqu’il est entouré d’un fond en mouvement opposé.

Question 21

Où trouve-t-on des effets de contexte?

Answer 21

Les effets de contexte sont surtout présents dans :

MT (aire du mouvement) : Première aire où ces effets ont été documentés.

V1 (cortex visuel primaire) : Effets contextuels liés à l’orientation, au contraste et à la disparité binoculaire.

V2 et V4 : Modulation contextuelle plus avancée, incluant la perception des formes et des couleurs complexes.

Why? ces aires associées sont associées au traitement visuel secondaire et tertiaire (comme V2, V4, MT), où les neurones intègrent des informations globales pour affiner la perception visuelle.

Question 22

Où les effets de contexte sont-ils absents ou limités ?

Answer 22

GL (corps genouillé latéral) : Les champs récepteurs des neurones du CGL sont classiques, avec une organisation centre-périphérie sans modulation contextuelle.

Cellules ganglionnaires de la rétine : Elles ne montrent pas d’effets de contexte, leur réponse dépend uniquement du stimulus à l’intérieur de leur champ récepteur classique.

Question 23

Quelle est la réponse d’un neurone de V4 lorsqu’un stimulus est présenté uniquement en périphérie (sans stimulation dans le champ récepteur classique) ?

Answer 23

La réponse neuronale est faible ou absente, sauf pour un léger pic à certaines longueurs d’onde. Comme cette aire traite la couleur, certains neurones peuvent être plus sensibles à une couleur spécifique. Cela indique que le neurone dépend fortement de la stimulation dans son champ récepteur classique et que le contexte seul ne suffit pas à l’activer.

Question 24

Dans l’aire v4 se passe-t-il lorsque la couleur du stimulus dans le champ récepteur est combinée à une couleur différente dans le contexte ?

Answer 24

La réponse du neurone dépend du contraste chromatique :

Si le contraste est entre des nuances similaires, la réponse augmente mais minimalement, jusqu’à un seuil optimal, suffisant pour bien voir la différence de couleur.

La réponse est maximale lorsque l’arrière-plan a une couleur complémentaire au stimulus (ex. : vert pour un stimulus rouge).

Le système visuel fonctionne par contraste et non par intensité absolue.L’effet observé ici est similaire à l’inhibition latérale dans la rétine, où les contrastes renforcent la perception.

Question 25

Comment le contexte visuel influence-t-il la réponse des neurones de V1 à l’orientation des lignes dans son champ récepteur classique?

Answer 25

Les neurones de V1 modulent leur réponse en fonction de l’orientation des lignes dans l’environnement visuel : Quand la ligne cible est entourée de lignes similaires dans le CRC, sa réponse diminue. Cela s’explique par le phénomène d’adaptation neuronale ou de saturation : Si un neurone voit le même type de stimulus répété dans son champ récepteur, il réagit moins fortement. Exemple : Une ligne verticale entourée de plusieurs autres lignes verticales ne présente aucun contraste, donc la saillance diminue, et le neurone répond faiblement. Par contre, si une ligne verticale est entourée de lignes d’orientation différente, cela crée un contraste local dans le CRC, ce qui augmente la réponse du neurone. Dans le CRC → La réponse dépend du contraste d’orientation local (lignes similaires = faible réponse, lignes différentes = forte réponse).

Question 26

Comment le contexte visuel influence-t-il la réponse des neurones de V1 à l’orientation des lignes dans son champ récepteur classique vs non-classique?

Answer 26

Au niveau des CRC, les neurones de V1 modulent leur réponse en fonction de l’orientation des lignes dans l’environnement visuel. * Quand la ligne cible est entourée de lignes similaires dans le CRC, la réponse diminue, un phénomène lié à l’adaptation neuronale : si un neurone est exposé de manière répétée au même stimulus, il réagit moins fortement. * Si une ligne verticale est entourée de lignes d’orientation différente, cela crée un contraste local, ce qui augmente la réponse du neurone. * si l’arrière-plan est trop désordonné, la réponse peu legerement réduire pour éviter la surcharge sensorielle (mais pas autant que hors CRC) Hors CRC (contexte global) → La réponse dépend de l’organisation globale (colinéarité). Une organisation cohérente facilite la réponse, tandis que le désordre inhibe.

Question 27

Quand est-ce que l'activité de V1 est maximale vs minimale pour ces stimulis: ligne sur fond uni ligne droite dans un fond de lignes d'orientations diagonales ligne droite dans un fond de lignes désordonnées plein de lignes droites

Answer 27

Ligne sur fond uni (réponse maximale, saillance locale pure). Ligne droite dans un fond de lignes diagonales (réponse forte à cause du contraste local: effet de saillance car la ligne dans le CR diffère des éléments qui l'entourent. ). Ligne droite dans un fond de lignes désordonnées (trop de bruit. La stimulation autour est trop aléatoire, ne crée pas un effet "pop out". La stimulation autour n'est également pas assez uniforme pour représenter une stimulation similaire à celle dans le CR, qui viendrait l'inhiber) Ligne droite dans un fond de lignes droites (Inhibition par manque de différence avec le contexte) La saillance perceptive et la réponse de V1 dépendent : Du contraste d’orientation dans le champ récepteur classique (lien avec la perception de salience); De l’organisation globale (colinéarité ou désordre) dans le contexte environnant.

Question 28

Quel rôle jouent les connexions horizontales dans ces modulations contextuelles ?

Answer 28

Les connexions horizontales en V1 permettent aux neurones d’intégrer des informations provenant de champs récepteurs adjacents. Elles sont essentielles pour : La perception des contrastes. La détection des objets dans l’environnement visuel

Question 29

Qu’est-ce que le groupement perceptif par colinéarité ?

Answer 29

Le groupement perceptif par colinéarité est un mécanisme de traitement contextuel par lequel le système visuel associe des segments de lignes alignés pour reconstituer des contours perceptifs cohérents, même lorsqu’ils sont partiellement interrompus. Cela fait partie des effets contextuels dans le champ récepteur non classique (CRNC), où les éléments visuels environnants peuvent faciliter la réponse neuronale en renforçant la perception d’un contour continu.

Question 30

Nommes 4 facteurs qui influencent le groupement par colinéarité ?

Answer 30

Colinéarité : Plus les segments sont alignés, plus le groupement est efficace. Distance relative : Une trop grande distance entre les segments réduit la capacité de groupement. Angle : Si l’orientation des segments diffère trop, le groupement devient difficile. Décalage axial : Une mauvaise continuité spatiale diminue la perception d’un contour connecté.

Question 31

Qu’est-ce que le "champ d’association"

Answer 31

Le champ d’association décrit comment le système visuel relie des segments de lignes en fonction de leur orientation et alignement, influençant ainsi la perception des contours et la réponse neuronale. Segments alignés sont perçus comme un contour continu, car le cerveau privilégie les structures cohérentes. Segments perpendiculaires perturbent cette continuité et créent une discontinuité perceptive. Au niveau neuronal, lorsque des barres contextuelles sont colinéaires avec une barre centrale, la réponse neuronale est amplifiée en raison du traitement préférentiel des structures alignées, facilitant ainsi la perception des contours.

Question 32

Quel est le lien entre la modulation neuronale en V1 et la perception des contours ?

Answer 32

La modulation en V1 explique pourquoi certains contours émergent plus facilement dans des environnements complexes. Contours cohérents et colinéaires : Saillance élevée et détection facilitée. Contours mal alignés ou interrompus, désordonnés : Moins saillants, nécessitant plus d’efforts perceptifs pour être détectés.

Question 33

Dans une expérience, on enregistre l’activité des neurones de V1 en réponse à différents types de groupements par colinéarité. On présente une barre verticale dans le champ récepteur classique d’un neurone (zone bleue). On ajoute des barres contextuelles autour et on mesure comment elles modulent la réponse du neurone. Quels sont les variations observées dans V1 si on se trouve dans le CRNC ?

Answer 33

Lorsque les barres contextuelles sont colinéaires avec le stimulus central (lignes qui se suivent pour former des traits qui ressortent du reste de la stimulation) la réponse neuronale est amplifiée Si les barres contextuelles sont mal alignées ou perpendiculaires, la réponse neuronale diminue Cela montre que V1 ne traite pas seulement l’information locale, mais intègre également le contexte pour influencer la perception globale.

Question 34

Une barre verticale est présentée dans le champ récepteur classique du neurone. Des barres contextuelles sont ajoutées au-dessus et en dessous de la barre centrale, de façon symétrique. On mesure la réponse neuronale dans le CRNC de V1 en fonction de l’alignement et de la distance des barres contextuelles. Quels sont les résultats?

Answer 34

Lorsque les barres contextuelles sont colinéaires avec la barre centrale, la réponse du neurone est nettement amplifiée. Cela correspond au principe selon lequel le système visuel privilégie les structures continues et alignées (effet facilitateur)

Question 35

Dans une expérience pour mesurer l’effet du contraste: Stimulus central : Une barre horizontale est présentée dans le champ récepteur classique du neurone. Des lignes horizontales sont ajoutées autour du champ récepteur pour moduler la réponse neuronale. Deux niveaux de contraste sont testés : 10-20 % → Faible contraste, les barres contextuelles sont peu visibles. 50 % → Haut contraste, les barres sont beaucoup plus distinctes. Qu'est-ce que l'analyse contextuelle des cartes a montré sur l'activation de V1?

Answer 35

Image du haut (10-20 % de contraste) : L’effet principal observé est une amplification de la réponse neuronale lorsque les barres horizontales sont alignées avec la barre centrale. Effets principalement excitateurs → Les barres contextuelles facilitent la réponse du neurone. Car à faible contraste, le système visuel cherche à maximiser la détection des faibles signaux. Peu ou pas d’effets inhibiteurs détectés. Image du bas (50 % de contraste) : L’amplification de la réponse est toujours présente pour les alignements favorables, mais des zones d’inhibition apparaissent en rouge. Lorsque les barres horizontales sont empilées verticalement au-dessus et en dessous du champ récepteur classique, la réponse du neurone est fortement réduite. Si les barres contextuelles deviennent trop visibles et nombreuses, l’inhibition limite la surcharge d’information. Le système visuel évite de réagir à des signaux trop dominants pour privilégier l’information la plus pertinente.

Question 36

V/F: plus de contraste = toujours une réponse plus forte dans V1

Answer 36

"Faux. Bien que plus de contraste entraîne presque toujours une réponse plus forte dans V1 si on parle seulement du CRC, mais pas lorsqu'on prend en compte le champ récepteur non classique (CRn-c): À faible contraste (10-20 %) → Les stimuli contextuels peuvent faciliter la réponse du neurone, car le système visuel cherche à maximiser la détection des faibles signaux. Peu ou pas d’inhibition observée. À contraste modéré (50 % et plus) → La facilitation est toujours présente, mais des effets inhibiteurs commencent à apparaître lorsque trop d’informations contextuelles deviennent visibles. À contraste très élevé → L’inhibition contextuelle devient dominante, réduisant la réponse du neurone pour éviter une surcharge d’information.

Question 37

Comment la taille d’un réseau influence-t-elle la réponse des neurones de V1 ?

Answer 37

Quand le réseau s’agrandit, la réponse augmente progressivement. Plus le stimulus est grand, plus de champs récepteurs classiques (CRC) sont activés, donc plus de neurones répondent dans V1. Après une certaine taille, ajouter plus de surface ne change rien. À ce moment-là, la réponse du neurone ne peut plus augmenter. Si le stimulus continue de grandir, la réponse commence à diminuer: des mécanismes d’inhibition entrent en jeu (via le champ récepteur non classique, CRn-c) pour éviter une surcharge d’informations et garder le système visuel efficace. Toutefois le contraste influence la taille optimale du stimulus Haut contraste (sRFhigh) → La réponse atteint son maximum plus vite, car l’information est plus visible. Bas contraste (sRFlow) → Une plus grande taille de stimulus est nécessaire pour obtenir la réponse maximale (environ 2x plus grande que pour le haut contraste), car l’information est plus difficile à détecter.

Question 38

Pourquoi la réponse diminue-t-elle après un stimulus d'une certaine taille pour V1?

Answer 38

La diminution de la réponse après une certaine taille de stimulus en V1 s’explique par des connexions inhibitrices, notamment via le champ récepteur non classique (CRn-c). Dans la bordure proximale, entre sRFhigh et sRFlow, l’effet de l’augmentation de la taille dépend du contraste : à haut contraste, il devient inhibiteur pour éviter une saturation du système, tandis qu’à bas contraste, il reste facilitateur pour améliorer la détection des signaux faibles. Donc, au-delà de sRFlow (bordure distale: lorsque la taille du stimulus dépasse le seuil optimal pour maximiser la réponse en bas contraste) l’inhibition domine toujours, quel que soit le contraste. Cela limite la surcharge d’information et permet au système visuel de prioriser les stimuli les plus pertinents.

Question 39

Quelle est la taille du SFhigh relativement au CRC et SF low?

Answer 39

La taille du sRFhigh est de 2-3 fois plus grande que le champ récepteur classique. La taille du sRFlow est environ le double de celle du sRFhigh.

Question 40

Comment la modulation des réponses neuronales en V1 est-elle liée à la ségrégation figure-fond ?

Answer 40

La ségrégation figure-fond est le processus qui permet de distinguer les objets de leur arrière-plan en se basant sur des différences visuelles appelées contrastes La ségrégation figure-fond modifie les réponses neuronales en V1 : À la bordure figure-fond, la modulation est rapide et forte. À l’intérieur de la figure, une modulation plus tardive apparaît après environ 100 ms, même si les traits sont homogènes en orientation, indiquant un effet de complétion perceptive ("filling-in").

Question 41

Si le stimulus est une figure (carré central) est composée de lignes orientées vers la droite, tandis que le fond est composé de lignes orientées vers la gauche Quels sont les résultats à différents temps des réponses neuronales en V1 lors de la ségrégation figure-fond ?

Answer 41

La différence d’orientation entre la figure et le fond crée une perception saillante, facilitant la détection des contours. Avant 80-90 ms, la réponse neuronale est similaire pour la figure et le fond, car V1 traite d’abord localement l’orientation des lignes sans encore distinguer la structure globale. Après 100 ms, la réponse devient plus forte dans la figure, indiquant une séparation perceptuelle. Ce délai suggère une intégration progressive de l’image, impliquant probablement des interactions avec V2. Modulation rapide près des bordures : Les neurones proches de la frontière réagissent vite, car ils sont spécialisés dans la détection des contrastes. Modulation plus tardive au centre : Le traitement des régions homogènes prend plus de temps, nécessitant une intégration plus large via des connexions récurrentes.

Question 42

Dans une autre condition, la texture est homogène sur toute l’image. Aucune séparation perceptuelle entre figure et fond, bien que la stimulation du champ récepteur classique du neurone reste identique. Quels sont les réponses neuronales en V1 ?

Answer 42

La modulation de la réponse neuronale en V1 dépend de la position du champ récepteur par rapport à une potentielle séparation figure-fond. Près de la bordure, la modulation apparaît rapidement, suggérant que V1 traite d’abord les contours et les transitions. Au centre de la figure, la modulation est plus tardive, indiquant que le traitement d’une région homogène sans contraste clair est plus complexe et pourrait nécessiter une intégration plus large impliquant d’autres aires visuelles. Cela suggère que V1 ne se contente pas de répondre aux stimuli locaux, mais est aussi influencé par l'organisation perceptive globale de l’image.

Question 43

Quel type de connexions participent au traitement dans la ségrégation figure-fond ?

Answer 43

Connexions horizontales (locales, rapides) : Assurent une modulation rapide près de la bordure figure-fond, en transmettant l’information entre neurones voisins de V1. Connexions descendantes (plus lentes) : Modulent la réponse au centre de la figure en intégrant l’information des aires visuelles supérieures, ce qui permet l’effet de complétion perceptive ("filling-in").

Question 44

Qu’est-ce que la tache aveugle et pourquoi ne la percevons-nous pas ?

Answer 44

La tache aveugle est une zone de la rétine dépourvue de photorécepteurs, située à l’endroit où les axones du nerf optique quittent l’œil. Elle représente une région où aucune information visuelle n’est captée, mais le cerveau compense cette absence par un mécanisme de complétion perceptive, remplissant l’information manquante à partir du contexte visuel.

Question 45

Dans une expérience sur la tâche aveugle: Se placer face à l’image, fermer l’œil droit et fixer la croix à droite. Ajuster la distance par rapport à l’image jusqu’à ce que le centre noir du disque tombe dans la tache aveugle. On remarque que le centre noir disparaît, et les lignes blanches semblent se rejoindre parfaitement, bien qu’aucun signal visuel ne soit réellement perçu à cet endroit. Le cerveau prolonge les lignes pour créer une perception continue, illustrant la complétion perceptive active. Quelle est la réponse de V1 pendant cette expérience?

Answer 45

Même lorsque le stimulus traverse la tache aveugle, les neurones de V1 continuent de répondre comme si l’information visuelle était présente. Cela montre que la complétion perceptive n’est pas uniquement cognitive, mais codée au niveau neuronal dans l’aire visuelle primaire.

Question 46

Quelle est la taille approximative de la tache aveugle dans V1 chez l’humain ?

Answer 46

La tache aveugle a une dimension d’environ 5 × 8 degrés dans le champ visuel, ce qui correspond à une zone de 5 × 10 mm dans l’aire V1 chez l’humain.

Question 47

Quelles aires participent à la complétion de la tache aveugle?

Answer 47

V1 est la première aire corticale où la complétion est observée au niveau neuronal. Les connexions horizontales en V1 relient les neurones ayant des champs récepteurs voisins. Ces connexions permettent de propager l’information autour de la tache aveugle pour créer un remplissage local. Aires visuelles supérieures (V2, V3 et au-delà) utilisent des connexions descendantes pour affiner et compléter des informations plus globales (formes, textures, etc.). Elles sont particulièrement impliquées dans la complétion des contours et dans l’intégration des éléments visuels, contribuant à une reconstruction plus complexe. Processus cognitifs supérieurs (aires associatives) peuvent aussi intervenir pour interpréter l’information complétée lorsque le contexte visuel est ambigu ou nécessite une compréhension plus globale.

Question 48

Quels types de connexions expliquent la complétion perceptive dans la tache aveugle ?

Answer 48

Connexions horizontales en V1 : Elles relient les neurones voisins et transmettent l’information contextuelle. Connexions descendantes des aires visuelles supérieures : Elles contribuent à reconstruire les informations manquantes et à affiner la perception globale. V1 ne traite pas passivement les signaux visuels transmis par la rétine. Il intègre activement les informations contextuelles pour compléter les zones sans signal, maintenant ainsi une perception continue et cohérente. Cela confirme le rôle de V1 dans les phénomènes de complétion perceptive, similaire à la ségrégation figure-fond et à la complétion de contours illusoires

Question 49

Qu’est-ce que la complétion modale

Answer 49

La complétion modale est la perception de contours illusoires visibles, résultant d’une stimulation visuelle contextuelle. Exemple : le cerveau perçoit un triangle blanc en superposition, bien que les contours du triangle n’existent pas réellement.

Question 50

Quelle est la corrélation neuronale au phénomène de complétion modale?

Answer 50

Le cerveau interprète les disques noirs et les segments de lignes comme étant partiellement masqués par un triangle blanc imaginaire. Il génère la perception d’une bordure imaginaire séparant ce triangle du fond, bien qu’aucune ligne réelle ne soit présente. Ce phénomène est observé dans les neurones de V2 (von der Heydt et al., 1984) et dans un sous-ensemble de neurones de V1 (Lee & Nguyen, 2001). Ces neurones répondent à un contour illusoire du triangle comme s’il s’agissait d’un contour physique.

Question 51

Qu’est-ce que la complétion amodale ?

Answer 51

La complétion amodale est l’inférence de contours cachés, lorsque le cerveau reconstruit mentalement des traits situés derrière une surface opaque. Exemple : Le triangle blanc semble cacher des parties des disques et des lignes, ce qui pousse le cerveau à compléter mentalement les contours manquants.

Question 52

Quelle est la différence entre complétion modale et amodale ?

Answer 52

Complétion modale : Les contours illusoires sont visibles et perçus comme s’ils existaient réellement. Par exemple, dans le triangle de Kanizsa, on voit un triangle blanc bien que ses contours ne soient pas physiquement présents. Complétion amodale : L’objet caché est mentalement reconstruit, mais sans que ses contours soient visibles. On sait qu’il est là, mais aucun bord n’apparaît directement à nos yeux. Par exemple, si un objet est partiellement masqué par un autre, on devine sa forme complète sans voir ses contours. Ce phénomène est parfois qualifié de "vision rayon X" car le cerveau perçoit une forme cachée sans qu’elle soit réellement visible.

Question 53

Quel est la différence d'activation neuronales dans le phénomène de complétion modal vs amodale?

Answer 53

Complétion modale : Les neurones de V2 et certains de V1 réagissent à des contours illusoires visibles. Complétion amodale : Ces mêmes neurones répondent également à des contours inférés, bien que ces contours n’existent pas physiquement dans l’image.

Question 54

Dans une étude qui examine comment les neurones de V2 réagissent à un contour perçu amodalement, c’est-à-dire un contour qui n’existe pas réellement dans l’image mais qui est inféré par le cerveau. L’expérience mesure la réponse neuronale dans plusieurs conditions : A : Contour réel (ligne traversant le champ récepteur). B : Contour amodal (ligne interrompue mais perceptuellement complétée). C : Absence de contour (rien ne traverse le champ récepteur). D : Activité spontanée du neurone (aucun stimulus présenté). Quelles activations sont observées dans V2?

Answer 54

La perception d’un contour amodal active partiellement les neurones de V2, bien que moins fortement qu’un contour réel. Toutefois, pour qu’un contour amodal soit perçu, il doit être suffisamment cohérent: le décalage entre les segments invisibles ne doit pas être trop important. A - Contour réel (23.1 spikes/sec) : Une ligne traverse le champ récepteur, entraînant une forte réponse neuronale, confirmant que V2 détecte les contours physiques. B - Contour amodal (13.9 spikes/sec) : Bien que la ligne soit interrompue, les segments alignés et en mouvement coordonné créent une perception de contour complété. La réponse neuronale est significative mais plus faible qu’en A, montrant que V2 contribue à la complétion amodale. C - Absence de contour perçu (1.9 spikes/sec) : Un léger décalage entre les segments empêche la perception d’un contour continu, le neurone ne réagit donc pas. Cela prouve que la complétion amodale dépend de l’alignement et de la cohérence des indices visuels. D - Activité spontanée (3.9 spikes/sec) : Réponse du neurone en l’absence totale de stimulation. La réponse en C étant proche de cette valeur, cela confirme que sans perception de contour, V2 ne s’active pas.

Question 55

Quel est le rôle de V2 dans la perception amodale?

Answer 55

Les neurones de V2 sont sensibles aux contours amodaux et peuvent réagir à un contour absent dans le champ récepteur, mais perceptuellement complété. La réponse est intermédiaire entre un contour réel et une absence de contour, ce qui confirme l’implication active de V2 dans la perception de formes cachées. Si une discontinuité empêche la perception du contour, le neurone ne réagit plus, indiquant que la complétion amodale repose sur des indices visuels de continuité. Ces résultats démontrent que V2 joue un rôle clé dans l’intégration des contours et la reconstruction perceptive, un mécanisme fondamental pour la reconnaissance des formes dans des environnements complexes

Question 56

Dans une étude qui examine si les neurones de V1 peuvent répondre à des contours amodaux, bien que cette aire soit principalement impliquée dans l’analyse locale des stimuli visuels. L’expérience mesure la réponse des neurones de V1 dans quatre conditions : A - Contour réel : Une ligne traverse réellement le champ récepteur du neurone. B - Segments non connectés : Deux segments de ligne sont positionnés de part et d’autre du champ récepteur mais ne sont pas alignés. C - Contour complété amodalement : Une ligne est partiellement cachée par un élément occlusif (patch en avant-plan). D - Absence de complétion amodale : Une ligne est interrompue sans occlusion apparente (patch placé derrière). Quels ont été les activations neuronales observés?

Answer 56

A - Contour réel Réponse neuronale très élevée, ce qui confirme la sélectivité du neurone à ce stimulus. B - Segments non connectés Le neurone ne répond pas, indiquant que la simple présence de segments alignés ne suffit pas pour induire une réponse. C - Contour complété amodalement (patch en avant-plan) Le neurone répond comme s’il y avait un contour continu, bien qu’aucune ligne ne traverse directement son champ récepteur. Cela prouve que V1 est impliqué dans la complétion amodale, bien que cette fonction soit plus typique de V2. D - Absence de complétion amodale (patch en arrière-plan) Le neurone ne répond pas, montrant que la présence d’un élément ne suffit pas : il doit être perçu comme un objet masquant un contour pour activer la complétion amodale.

Question 57

En conclusion qu'est-ce qu'on peut comprendre du rôle de V1 dans la complétion modale vs amodale, en comparaison à V2?

Answer 57

V1 et V2 ne réagissent pas de la même façon dans un contexte de complétion modale et amodale. Dans la complétion modale (contours visibles), V1 et V2 répondent fortement, car les neurones de V1 sont sensibles aux contours explicites et illusoires, et V2 renforce cette réponse en intégrant les formes et la perception globale. Dans la complétion amodale (contours inférés mais invisibles), V2 est principalement impliqué, car il traite l'intégration des objets partiellement occultés. V1 ne montre normalement pas de forte réponse, car il traite les contours visibles et non ceux qui sont seulement inférés. Cependant, des études ont montré qu’environ 10 % des neurones de V1 présentent une réponse à la complétion amodale, ce qui suggère que cette capacité n’est pas entièrement limitée à V2. Cet effet ne se produit que si une explication perceptive de l’absence de contour est disponible, comme une occlusion apparente. Lorsque l’objet caché ne peut pas être logiquement reconstruit, la complétion amodale ne se produit pas, indiquant que cette perception repose sur une interprétation active du stimulus par le système visuel. Ces résultats montrent que V1 ne se limite pas uniquement à l’analyse brute des stimuli visuels, mais joue aussi un rôle dans la perception des contours cachés, ce qui est essentiel pour la reconnaissance des objets dans des environnements complexes.

Question 58

Pourquoi évaluer la latence de V1?

Answer 58

La latence minimale de réponse neuronale en V1 (Lmin) est d’environ 30 ms. L’idée est que si les effets contextuels apparaissent très rapidement, ils sont probablement dus à des connexions ascendantes ou horizontales. À l’inverse, si ces effets sont plus tardifs, ils sont plus susceptibles d’être médiés par des connexions descendantes.

Question 59

Quelle latence de réponse correspond à quel type de connexion?

Answer 59

Les modulations rapides (30-50 ms) proviennent majoritairement de connexions ascendantes ou horizontales, tandis que les modulations tardives (70-100 ms) suggèrent l’intervention de connexions descendantes. Cela montre que V1 reçoit et intègre des informations globales grâce à ces multiples types de connexions.

Question 60

Quelles sont les limites de l'expérience utilisant la latence pour tirer des conclusions sur les connexions neuronales responsables des effets contextuels observés dans les aires visuelles?

Answer 60

certaines aires extra-striées comme V2 et V4 peuvent avoir des latences de réponse aussi courtes que V1. Cela complique l’interprétation des résultats et remet en question l’idée d’un traitement strictement hiérarchique où l’information serait d’abord analysée en V1 avant d’être transmise aux aires supérieures La latence seule n’est pas un critère absolu pour distinguer les connexions.

Question 61

pourquoi certains neurones de V1 répondent aussi tard que ceux de V2?

Answer 61

certains neurones de V1 ne reçoivent pas directement leurs afférences du CGL, mais plutôt via des connexions horizontales retardées. Cela pourrait expliquer pourquoi certains neurones de V1 répondent aussi tard que ceux de V2, brouillant ainsi les distinctions entre connexions ascendantes et descendantes.

Question 62

Quels rôles jouent les connexions ascendantes du CGL dans les modulations contextuelles observées en V1

Answer 62

Les connexions ascendantes du CGL vers V1 transmettent rapidement l’information visuelle. Elles jouent un rôle clé dans les modulations précoces observées en V1, notamment : Bordure proximale du champ récepteur non-classique (effet lié à la taille du réseau). Modulations rapides, apparaissant très tôt après Lmin (0-20 ms). Ces connexions peuvent contribuer à des ajustements rapides dans les premières étapes du traitement visuel en V1.

Question 63

Quelles sont les propriétés des connexions horizontales dans V1 et à quels effets contextuels sont-elles associées ?

Answer 63

Les connexions horizontales relient des neurones ayant des préférences similaires pour l’orientation. Elles sont plus lentes que les connexions ascendantes, mais elles couvrent une plus grande distance. Elles sont impliquées dans plusieurs effets contextuels : Discrimination d’orientation Groupement perceptif par colinéarité (reconstruction de contours alignés) Ségrégation figure-fond, surtout à la bordure entre la figure et le fond Ces connexions influencent les modulations intermédiaires (30-70 ms après Lmin).

Question 64

Quel type de connexion est particulièrement importantes pour la bordure proximale du champ récepteur non-classique en V1 ?

Answer 64

Les connexions horizontales dans V1 sont particulièrement importantes pour la bordure proximale du champ récepteur non classique (CRn-c). Elles s’étendent spatialement et sont sélectives à l’orientation, ce qui permet d’intégrer efficacement les informations locales sur le contraste et l’orientation. Elles facilitent la détection des bords et des changements brusques entre une figure et un fond, jouant un rôle clé dans la segmentation visuelle. Elles interagissent avec les connexions ascendantes (de la rétine et du NGL) pour renforcer la modulation des réponses neuronales dans la bordure proximale, influençant ainsi la perception des contours.

Question 65

Quelle est la principale différence entre les rapidités de modulations à la bordure de la figure et au centre de la figure ?

Answer 65

À la bordure (30-70 ms) → Modulations rapides liées aux connexions horizontales et ascendantes. Au centre de la figure (100 ms après Lmin) → Modulations tardives, attribuées aux connexions descendantes. Les modulations au centre dépendent d’une intégration plus globale, tandis que les modulations à la bordure sont plus locales et précoces.

Question 66

Quel est le rôle des connexions descendantes dans V1 ?

Answer 66

Les connexions descendantes vers V1 sont impliquées dans les modulations tardives, surtout au centre des figures visuelles. Elles transmettent des informations provenant des aires visuelles supérieures (ex. : cortex extra-strié), permettant une intégration globale du contexte. Elles sont essentielles pour les effets de complétion perceptive et le traitement des détails contextuels distants.

Question 67

Quel est l'impact d'une lésion du cortex extra-strié chez le singe?

Answer 67

La lésion du cortex extra-strié entraîne la disparition de la modulation contextuelle au centre de la figure, mais la modulation aux bordures figure-fond reste intacte. Cela indique que le traitement des contours proches est assuré par les connexions horizontales de V1, qui intègrent localement le contraste et l’orientation. En revanche, l’absence de modulation au centre de la figure suggère que l’intégration contextuelle à longue portée nécessite les aires extra-striées, comme V2 ou V4, qui jouent un rôle clé dans la perception globale et la segmentation visuelle.

Question 68

Les connexions descendantes ont également été étudiées à travers des modèles computationnels de V1, qui simulent le rôle du feedback en provenance du cortex extra-strié. Quelle est la différence avec connexions descendantes intactes vs sans connexions descendantes sur la modulation neuronale?

Answer 68

Modèle avec connexions descendantes intactes Reproduit les effets observés chez l’animal intact : Modulation contextuelle présente aux bordures et au centre de la figure. Modèle avec suppression des connexions descendantes La modulation contextuelle au centre de la figure disparaît, alors que la modulation au niveau des bordures figure-fond est maintenue. Cela suggère que les modulations centrales nécessitent une transmission descendante, alors que les effets aux bordures sont suffisamment traités localement dans V1 via les connexions horizontales.

Question 69

Quel est le rôle des connexions ascendantes depuis le LGN vers V1 ?

Answer 69

Les connexions ascendantes du LGN vers V1 jouent un rôle clé dans la modulation des réponses neuronales. Elles définissent la bordure proximale du champ récepteur non classique (CRn-c), influençant ainsi l’intégration des informations contextuelles proches. Le LGN ne se contente pas d’envoyer une simple copie des signaux rétiniens à V1 ; ses champs récepteurs possèdent déjà une zone de modulation contextuelle. Cette zone ne produit pas de réponse neuronale directe, mais elle ajuste l’activité du champ récepteur classique (CRC) en fonction du stimulus et du contexte visuel. Ainsi, lorsqu’un stimulus optimal est présenté dans le CRC, les connexions ascendantes du LGN peuvent moduler la réponse de V1, notamment en influençant la sensibilité aux contrastes et aux contours.

Question 70

Quel est le rôle des connexions horizontales dans V1 ?

Answer 70

Les connexions horizontales relient des neurones voisins au sein de V1 et influencent : La bordure proximale du champ récepteur non-classique Discrimination d’orientation Groupement par colinéarité Ségrégation figure-fond, particulièrement aux bordures Elles sont essentielles pour les modulations rapides et locales.

Question 71

Comment les connexions descendantes influencent-elles la réponse en V1 ?

Answer 71

Les connexions descendantes déterminent la bordure distale du champ récepteur non-classique. Elles modulent les réponses selon le contexte global de la scène visuelle. Ces connexions sont responsables des effets tardifs, comme l’effet de taille de réseau. En cas de lésion du cortex extra-strié, les modulations au centre de la figure disparaissent, prouvant l’importance des connexions descendantes.

Question 72

Quel lien peut-on établir entre modulation contextuelle et attention ?

Answer 72

La modulation contextuelle de base (préattentive) est indépendante de l’attention, ce qui signifie qu’elle se produit automatiquement dès les premières étapes du traitement visuel (ex : ségrégation figure-fond). L’attention sélective peut toutefois moduler certains aspects du traitement contextuel dans des étapes plus tardives ou pour affiner des détails spécifiques dans une scène complexe. Elle facilite la perception des objets pertinents, améliorant ainsi la ségrégation figure-fond dans des environnements complexes.

Question 73

Qu'est-ce que la modulation contextuelle permet?

Answer 73

La modulation contextuelle permet une meilleure interprétation de l’image. Elle aide à lever l’ambiguïté inhérente à certaines stimulations visuelles en amplifiant les contrastes. Elle augmente la saillance des contrastes locaux, facilitant ainsi la distinction entre les objets et le fond. Elle est essentielle pour la ségrégation figure-fond, permettant de percevoir des zones spécifiques comme étant des figures distinctes. * Lorsque la figure n’est pas détectée, la modulation contextuelle est réduite ou absente. * Si un masque est présenté après le stimulus de ségrégation figure-fond, le stimulus devient indétectable, et la modulation disparaît.

Question 74

La modulation contextuelle nécessite-t-elle l’attention pour la ségrégation figure-fond ?

Answer 74

Non. La modulation contextuelle est préattentive, ce qui signifie qu’elle ne dépend pas de l’attention pour se produire. La ségrégation figure-fond repose sur un traitement automatique dès les premières étapes du traitement visuel.

Question 75

Quelles preuves expérimentales démontrent l’indépendance de la modulation contextuelle par rapport à l’attention ?

Answer 75

📌 Deux figures séparées et distantes produisent une modulation contextuelle aussi forte qu’une seule figure. 📌 Diriger l’attention sur un objet parmi plusieurs n’altère pas la modulation contextuelle des autres stimuli hors du champ attentionnel. 📌 Enregistrement MEG chez l’humain : la modulation contextuelle est aussi forte lorsque le stimulus est ignoré (cécité inattentionnelle) que lorsqu’il est perçu consciemment.