Perception visuelle

La Vision est le sens dont nous dépendons le plus dans notre vie quotidienne, et elle est complexe – malgré les énormes progrès réalisés récemment dans l’intelligence artificielle et le traitement d’images, la façon dont notre cerveau traite les images est largement supérieure. Alors, comment faisons-nous?

de l’œil au cerveau

les axones des cellules ganglionnaires sortent de la rétine pour former le nerf optique, qui se déplace à deux endroits: le thalamus (plus précisément, le noyau géniculé latéral, ou LGN) et le colliculus supérieur. Le CGL est le principal relais de l’information visuelle de la rétine pour atteindre le cortex., Malgré cela, la rétine ne représente qu’environ 20% de toutes les entrées du LGN, le reste provenant du tronc cérébral et du cortex. Donc, plus qu’un simple relais de base pour l’entrée visuelle de la rétine au cortex, le LGN est en fait la première partie de notre voie visuelle qui peut être modifiée par les états mentaux.

Le colliculus supérieur nous aide à contrôler où notre tête et nos yeux bougent, et détermine ainsi où nous dirigeons notre regard. Saccades, les mouvements oculaires nerveux que vous utilisez lorsque vous lisez ce texte, sont également contrôlés par le colliculus supérieur., Comme avec le LGN, le colliculus supérieur reçoit une forte entrée du cortex, qui fournit la commande dominante quant à l’endroit où notre regard se déplace.

traitement Cortical de l’entrée visuelle

dans le thalamus, l’entrée visuelle se déplace vers le cortex visuel situé à l’arrière de notre cerveau. Le cortex visuel est l’une des parties les plus étudiées du cerveau des mammifères, et c’est ici que les éléments élémentaires de notre vision – la détection du contraste, de la couleur et du mouvement – sont combinés pour produire notre perception visuelle riche et complète.,

la plupart des chercheurs pensent que le traitement visuel dans le cortex se fait à travers deux « flux » distincts d’informations. Un flux, parfois appelé le chemin What (violet dans l’image ci-dessous), est impliqué dans la reconnaissance et l’identification des objets. L’autre courant, parfois appelé chemin Where (Vert), concerne le mouvement et l’emplacement des objets, et est donc important pour le comportement guidé visuellement.,

Selket/Wikimedia

la Construction de notre monde visuel étape par étape

Notre cortex visuel n’est pas uniforme, et peut être divisé en un certain nombre de sous-régions distinctes. Ces sous-régions sont organisées hiérarchiquement, avec des caractéristiques visuelles simples représentées dans les zones « inférieures » et des caractéristiques plus complexes représentées dans les zones « supérieures ».

au bas de la hiérarchie se trouve le cortex visuel primaire, ou V1. C’est la partie du cortex visuel qui reçoit l’entrée du thalamus., Les neurones de V1 sont sensibles à des signaux visuels très basiques, comme l’orientation d’une barre ou la direction dans laquelle un stimulus se déplace. Chez les humains et les chats (mais pas les rongeurs), les neurones sensibles à la même orientation sont situés dans des colonnes qui couvrent toute l’épaisseur du cortex.

c’est-à-dire que tous les neurones d’une colonne répondraient à une barre horizontale (mais pas verticale ou oblique). Dans une colonne voisine, tous les neurones répondraient à des barres obliques mais pas horizontales ou verticales (voir image ci-dessous)., En plus de cette sélectivité pour l’orientation, les neurones dans la majeure partie de V1 ne répondent qu’à l’entrée de l’un de nos deux yeux. Ces neurones sont également disposés en colonnes, bien qu’ils soient distincts des colonnes d’orientation. Cet arrangement ordonné des propriétés visuelles dans le cortex visuel primaire a été découvert par David Hubel et Torsten Wiesel dans les années 1960, pour lesquels ils ont reçu plus tard le prix Nobel.

l’Orientation des colonnes dans le cortex visuel primaire, vu de dessus., Tous les neurones d’une colonne répondent préférentiellement aux barres d’une orientation spécifique, dénotées ici par la couleur. Crair et als/Wikimedia

en remontant la hiérarchie visuelle, les neurones représentent des caractéristiques visuelles plus complexes. Par exemple, dans V2, la zone suivante dans la hiérarchie, les neurones répondent aux contours, aux textures et à l’emplacement de quelque chose au premier plan ou en arrière-plan.

Au-delà de V1 et V2, les voies transportant quoi et où l’information se divisent en régions cérébrales distinctes., Au sommet de la hiérarchie est inférieure temporelle (it) cortex, qui représente des objets complets – il y a même une partie de celui-ci, appelé la zone du visage fusiforme, qui répond spécifiquement aux visages. Les régions supérieures du flux Where sont impliquées dans des tâches telles que guider les mouvements oculaires (saccades) en utilisant la mémoire de travail et intégrer notre vision à la position de notre corps (par exemple lorsque vous atteignez un objet).

En résumé, le cortex visuel montre une disposition hiérarchique claire. Dans les zones inférieures (celles les plus proches de la lumière entrante, comme V1), les neurones répondent à des caractéristiques visuelles simples., Au fur et à mesure que l’entrée visuelle progresse dans la hiérarchie, ces caractéristiques simples sont combinées pour créer des caractéristiques plus complexes, jusqu’à ce qu’au sommet de la hiérarchie, les neurones puissent représenter des objets visuels complets tels qu’un visage.

le traitement visuel n’est pas tout à Sens Unique

ce traitement de bas en haut de notre monde visuel peut sembler le chemin logique, mais ce n’est pas toute l’histoire. Une telle approche « bottom-up » serait beaucoup trop lente et laborieuse, mais plus important encore, elle rendrait notre monde visuel plein d’ambiguïté et nous lutterions pour survivre., Au lieu de cela, notre perception repose dans une très large mesure sur notre expérience antérieure et d’autres mécanismes « descendants » tels que l’attention. Les professeurs de QBI Jason Mattingley et Stephen Williams étudient tous deux comment l’attention peut modifier le traitement visuel, en utilisant des approches cognitives et cellulaires, respectivement.

à titre d’exemple de traitement descendant, considérons l’image ci-dessous:

Wuhazet – Henryk Żychowski

Le Carré A semble plus léger, mais est en fait plus sombre que le carré B. de toute évidence, notre système visuel fait un travail terrible pour voir la réalité., Mais ce n’est pas son but. Au lieu de cela, nos cerveaux essaient de donner un sens à ce qu’ils voient, plutôt que de chercher la vérité.

dans le cas de l’image ci – dessus, nous voyons automatiquement – en fonction de l’expérience passée-des carrés clairs et sombres disposés en damier, avec une partie éclairée au centre et une ombre projetée sur les bords. Avec toutes ces informations, nous interprétons comme un peu de place dans l’ombre, et B comme un illuminé carré foncé. Ce n’est pas la réalité, mais c’est l’explication la plus probable compte tenu de toute notre expérience antérieure et des données disponibles., C’est ainsi que notre système visuel fonctionne, en fin de compte pour nous aider à comprendre le monde et ainsi promouvoir notre survie.

Voici les carrés côte à côte:

et pour finir, juste parce que c’est amusant, voici une vidéo avec une grande démonstration et une explication de la puissance du traitement descendant dans la perception visuelle.

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