Etudes théoriques des modulations centre/ pourtour

THÈSE DE DOCTORAT DE L’UNIVERSITÉ DE PARIS-VI
Spécialité : BIOMATHÉMATIQUES
présentée par
Peggy SERIÈS
Pour obtenir le grade de
DOCTEUR DE L’UNIVERSITÉ DE PARIS-VI
Étude théorique des modulations centre/pourtour
des propriétés des champs récepteurs
du cortex visuel primaire :
circuits, dynamiques, et corrélats perceptifs.
Soutenance prévue le 26 septembre 2002
devant le jury composé de :
Dr. Yves Frégnac Directeur de thèse
Dr. Jean Lorenceau Directeur de thèse
Dr. Yves Burnod Rapporteur
Dr. Simon Thorpe Rapporteur
Pr. Patrice Degoulet Examinateur
Dr. Michael Morgan Examinateur
Dr. Anthony Norcia Examinateur

THÈSE DE DOCTORAT DE L’UNIVERSITÉ DE PARIS-VI
Spécialité : BIOMATHÉMATIQUES
présentée par
Peggy SERIÈS
Pour obtenir le grade de
DOCTEUR DE L’UNIVERSITÉ DE PARIS-VI
Étude théorique des modulations centre/pourtour
des propriétés des champs récepteurs
du cortex visuel primaire :
circuits, dynamiques, et corrélats perceptifs.
Soutenance prévue le 26 septembre 2002
devant le jury composé de :
Dr. Yves Frégnac Directeur de thèse
Dr. Jean Lorenceau Directeur de thèse
Dr. Yves Burnod Rapporteur
Dr. Simon Thorpe Rapporteur
Pr. Patrice Degoulet Examinateur
Dr. Michael Morgan Examinateur
Dr. Anthony Norcia Examinateur

Résumé
Contrairement à ce qui est souvent supposé, les neurones du cortex visuel primaire (V1) ne
sont pas insensibles à la stimulation du pourtour de leur champ récepteur : si celle-ci n’est pas suf-
fisante pour entraîner des réponses significatives, elle conduit très fréquemment à une modulation
facilitatrice ou suppressive de la réponse au stimulus présenté dans le champ récepteur.
L’observation de ces phénomènes - les “modulations centre / pourtour” - a conduit à une re-
mise en cause de la notion de champ récepteur, et à une réévaluation du rôle fonctionnel possible
de V1. En effet, la similarité de ces phénomènes avec certains aspects de la perception visuelle
consciente suggère qu’ils pourraient sous-tendre certains processus de segmentation et d’intégra-
tion de contour, participant ainsi à la construction d’une analyse “globale” de la scène visuelle.
L’origine et le rôle fonctionnel de ces effets restent cependant peu compris. Fondé sur des mé-
thodes de modélisation mathématique et de simulation informatique, le travail présenté dans cette
thèse a été réalisé en interaction étroite avec les études psychophysiques et physiologiques menées
au sein de notre laboratoire, et cherche à les mettre en relation. Après une revue des travaux physio-
logiques, anatomiques, psychophysiques et théoriques relatifs aux modulations centre / pourtour,
nous nous intéressons principalement à deux questions :
(i) Quels sont les circuits responsables de (la diversité de) ces effets?
Nous cherchons à fournir des outils théoriques pour évaluer les modèles existants, tenter de
les réconcilier au sein d’un même formalisme, et comprendre comment les diverses caracté-
ristiques spatiales des modulations centre/ pourtour peuvent résulter des propriétés connues
de l’architecture de V1. Nous proposons que la diversité des comportements observés expé-
rimentalement résulte en partie des hétérogénéités existantes dans la connectivité locale, en
relation avec la position du neurone considéré dans la carte d’orientation.
(ii) Quelles devraient être les conséquences des dynamiques de ces effets sur les réponses neu-
ronales et sur la perception visuelle ?
Nous proposons que les modulations des dynamiques de l’intégration des entrées ascen-
dantes, induites par la propagation des entrées synaptiques horizontales, soient à l’origine
de certaines "illusions" concernant la perception de la vitesse d’objets orientés. De manière
plus générale, nos résultats théoriques, ainsi que les études psychophysiques et électrophy-
siologiques réalisées, suggèrent que les réponses des neurones de V1 et la perception des
objets visuels dépendent non seulement du contexte spatial, mais aussi du contexte temporel
dans lequel ces objets sont présentés. Ils prédisent en outre que la présentation d’un objet
visuel se traduit dans le cortex par la propagation d’une “empreinte” spatiale sous-liminaire
de la famille de contours ou de trajectoires dans lesquels cet objet pourrait être inscrit. Nous
discutons la participation possible de ce mécanisme à d’autres phénomènes perceptifs et ses
implications fonctionnelles pour l’analyse d’objets statiques ou en mouvement.