PSY 1055. Psychologie de la perception. Bases physiologiques de

Retour sur la semaine dernière
PSY 1055. Psychologie de la
perception.
Bases physiologiques de la
perception visuelle, II.
Corps genouillé
latéral (LGN) droit
2
2*sin(angle)
1.5
lumière
1)Focalisation,
sin(2*angle)
sin(angle+.39)
2)Degré d’angle visuel,
tan(α/2) = (l/2)/d
3)Rétine : Types de cellules,
4)Rétine : Transduction,
Corps genouillé
0s
.39 s 5)Adaptation à la
1 snoirceur
Stimulus et lumière
latéral (LGN) gauche 6)Rétine : Convergence
1)Amplitude*sin(fréquence*angle+phase)
Cortex visuel
2)Luminance
1
sin(angle)
0.5
0
-0.5
-1
Frédéric Gosselin /
Eric McCabe
-1.5
-2
0
1
2
3
4
5
6
7
Œil et rétine
Retour sur la semaine dernière
Scotome : tache aveugle pathologique
Pathologies : 1)Focalisation, 2)Médium
oculaire, 3)Rétine, 4)Nerf optique
Corps genouillé
latéral (LGN) droit
lumière
• Limité à un oeil : lésion au
niveau de la rétine ou du
nerf optique
• Dans les deux hémichamps
temporaux (mais pas
nasaux) : lésion au niveau
du chiasme optique
7)CR des cellules ganglionnaires (Vaughan)
- Concentriques
- Antagonisme centre-périphérie Corps genouillé
latéral (LGN) gauche
8)Rétine : Inhibition latérale
9)Illusions (Hermann, Contraste simultanée,
Mach, White)
10)Scotome
• Dans les deux hémichamps
gauches (ou droits) : lésion
au niveau de tractus optique
Œil et rétine
Plan du cours
Traitement de l’information dans le CGL
Du cortex
Attention : erreur
dans le codex
Corps genouillé
latéral (LGN) droit
Vers cortex
Thalamus-LGN
LGN
10 nerfs de la rétine →
4 nerfs vers le cortex
Tronc cérébral
lumière
1- Corps
genouillés
latéraux
Corps genouillé
latéral (LGN) gauche
De la rétine
+
En plus de recevoir les signaux optiques, le CGL reçoit des entrées en provenance
du cortex visuel, du tronc cérébral, d’autres noyaux thalamiques et d’autres
neurones du CGL.
2- Cortex visuel
=
Jouerait un rôle dans la régulation de l’information en provenance de la rétine.
1
Les champs récepteurs du CGL
Le champs récepteur d’un neurone du CGL est une région sur la
rétine qui, lorsque stimulée, permet le déclenchement de ce
même neurone du CGL (Goldstein, 2001)
Champs récepteur d’une cellule du LGN
(“center-surround”)
• Les champs récepteurs des neurones du CGL ont la même
configuration concentrique que les cellules ganglionnaires.
+
= luminance haute
Il existe aussi des champs récepteurs “center OFF-surround ON” dans le LGN.
= luminance basse
(Ozhawa, DeAngelis & Freeman 1995)
Le fond de la rétine
Organisation dans le LGN
(couches et oeil d’origine)
Chaque LGN a 6 couches (la couche 1 étant la plus
profonde et la 6 la plus superficielle).
Organisation dans le LGN
(rétinotopie)
Chaque couche d’un LGN est rétinotopique. Les neurones
situés près les uns des autres dans une structure cérébrale
ont des champs récepteurs correspondant à des
localisations rétiniennes voisines.
Oeil ipsilatéral : couches 2, 3 et 5
Oeil
Oeil controlatéral : couches 1, 4 et 6
Organisation dans le LGN
(magno vs parvo)
• Les couches 1 et 2 sont magnocellulaires. C’est-àdire qu’elles reçoivent des axones de cellules
ganglionnaires de type M).
• Les autres couches (3,4,5,6) sont parvocellulaires.
C’est-à-dire qu’elles reçoivent des axones de cellules
ganglionnaires de type P).
Organisation dans le LGN
(magno vs parvo II)
• Les cellules des couches magnocellulaires
et parvocellulaires ont des rôles différents
dans la perception visuelle.
• Lésions des couches magno :
– Atteinte de la perception du mouvement.
• Lésions des couches parvo :
– Atteinte de la perception des couleurs, de la texture, de
la profondeur et des contours.
Attention : Erreur
dans le Goldstein,
table 3.1 page 94
2
Plan pour le reste du cours
Régions de traitement du signal
visuel dans le cortex
Corps genouillé
latéral (LGN) droit
Cortex visuel primaire
(V1) ou cortex strié
lumière
Corps genouillé
latéral (LGN) gauche
Cortex visuel
primaire (V1)
Cortex extrastrié
Cortex visuel primaire
• Au contraire des neurones du CGL, ceux du cortex
strié ne répondent pas particulièrement bien à des
points lumineux.
D. Hubel
T. Wiesel
Nobel en physiologie en 1981
Ozhawa, DeAngelis & Freeman
1995
Classique
Origine des cellules simples?
Corrélation inversée
Visionner fichiers Quicktime…
Champs récepteurs
des cellules du LGN
Champ récepteur
d’une cellule simple
3
Le champs récepteur
• Le champs récepteur d’un neurone du cortex strié est la région
sur la rétine qui, lorsque stimulée, a un effet [maximal] sur le
déclenchement de ce même neurone.
Organisation dans V1
!!!
= luminance haute
Le fond de la rétine
= luminance basse
= peu importe
Rétinotopie dans V1 révélée par
autoradiographie
Rétinotopie dans V1 : Résultats
Stimulus
Cortex
• On montre cette image à un singe +
injection de sucre radioactif.
Magnification corticale : Variation de la surface corticale dédiée à la
représentation d’un stimulus en fonction de la localisation des récepteurs
qu’il stimule.
Organisation dans V1
Explication
Pénétrations perpendiculaires
• Une plus grande surface corticale est donc allouée
à la représentation de la fovéa par rapport à la
périphérie.
• 0.01% des cellules de la rétine (les cellules de la
fovéa) atteignent 8-10% du cortex visuel.
• Facteurs de magnification corticale :
– (a) plus de cellules dans la fovéa par unité de surface et
– (b) plus grand nombre de cellules corticales dédiées à
chaque cellule de la fovéa.
Pénétration oblique
4
Les hypercolonnes
Colonne d’orientation
• Les neurones rencontrés lors d’une pénétration perpendiculaire
(tracés A et B ci-bas) ont des champs récepteurs ayant la même
préférence à l’orientation (colonne d’orientation).
• Lors d’une pénétration oblique, l’orientation préférée varie de
façon continue.
• Module pour le traitement de la stimulation d’une
région rétinienne.
perpendiculaire
oblique
Rétinotopie
- Une hypercolonne comprend
deux colonnes de dominance
oculaire (oeil droit et gauche).
- Une hypercolonne
mesure environ 1 mm3.
1 hypercolonne =
1 colonnne de localisation =
2 colonnes de dominance oculaire =
2 ensembles des colonnes d’orientation
Les hypercolonnes (suite)
• L’ensemble des hypercolonnes est rétinotopique (c’est-àdire que 2 hypercolonnes adjacentes ont des champs
récepteurs adjacents sur les rétines). Mais il y a
grossissement à la fovéa.
• Chaque colonne de dominance oculaire possède 6
couches.
• De plus, les champs récepteurs des cellules d’une même
hypercolonne occupent des positions correspondantes sur
les rétines.
Le rôle des cellules simples
Relation avec les cellules simples
• En fait, les cellules simples sont sensibles à
trois attributs des stimulations rétiniennes
Phase
Orientation
– La fréquence spatiale.
– l’orientation.
– et la position sur la rétine.
Démonstration
Rappelez-vous :
onde sinusoidale = Amplitude * sin(fréquence * angle + phase)
Ici on ajoute l’orientation
Contraste
Fréquence
5
Adaptation
• Exposition continue, pour une certaine
période de temps, à un stimulus comportant
une propriété spécifique.
• L’effet d’adaptation se manifeste par un
effet consécutif et est habituellement
expliqué par une fatigue cellulaire sélective.
– Effet consécutif : Modification du
fonctionnement perceptif suite à l’exposition
prolongée à une stimulation.
Adaptation
• Rationnel :
Si un stimulus (ou une propriété donnée
d’un stimulus) provoque un effet consécutif,
c’est que ce stimulus (ou cette propriété) est
1) traité(e) par le système perceptif et que
2) les neurones associés ont un effet direct
sur la perception.
Adaptation à l’orientation
Adaptation à l’orientation
*
*
Adaptation à l’orientation
Explication
Effet de l’adaptation
sur la perception
*
6
Adaptation à la fréquence spatiale
Adaptation aux fréquences
spatiales
*
*
Adaptation aux fréquences
spatiales
Diapo déplacée…
Combien de types de cellules simples?
• L’effet d’adaptation sélective suggère l’existence
de canaux de fréquence spatiale sensibles à une
étendue restreinte de fréquences spatiales.
*
BF adaptées
Sensibilité au contraste
• Niveau de contraste minimal pour détecter
l’alternance entre les barres pâles et foncées
constituant une grille sinusoïdale.
HF adaptées
Rép : Environ 6
Calcul du contraste
=
Lmax – Lmin
Lmax + Lmin
Le contraste correspond donc à quelque chose de relatif
7
Non
Non
Non
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Non
Non Non Non Oui
Oui Non
Oui
Non Oui
Oui
Oui
Oui
Non
Oui
Oui
Oui
Non
Oui
Oui
Oui
Oui → …
Non
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Fréquence spatiale
~7 cycles par deg
1 cycle
contraste
par deg
• Variable indépendante : la fréquence spatiale
d’une grille sinusoïdale
• Variable dépendante : contraste requis pour
une détection
• Méthode d’ajustement (Fechner, 1890) :
l’observateur “ajuste” la variable dépendante
Non
Non
Non
Non
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
~60 cyle par deg
ExtractionNonde la FSC
Fonction de Sensibilité aux Contrastes
(FSC)
Sums of sinwave gratings (1/5)
Que font les cellules simple?
=
+
plaid
Sums of sinwave gratings (2/5)
Une analyse de Fourier (locale)!
=
=1*
+ 0,5 *
+
Frequency = 1
Frequency = 3
Un réseau
+
Analyse de Fourier 2D : une décomposition unique d’une image
en une somme pondérée de grilles sinusoïdales.
+
Frequency = 5
+…
+
Frequency = 7
Frequency = 9
8
Sums of sinwave gratings (3/5)
Sums of sinwave gratings (4/5)
50
100
150
200
250
50
Sums of sinwave gratings (4/5)
150
200
250
Sums of sinwave gratings (4/5)
50
50
100
100
150
150
200
200
250
100
250
50
100
150
200
250
Sums of sinwave gratings (4/5)
50
100
150
200
250
Sums of sinwave gratings (4/5)
1
50
100
150
200
250
50
100
150
200
250
0
9
Qu’est-ce que font les cellules simple?
Une analyse de Fourier!
Hypercolonnes : selon la théorie des
fréquences spatiales
analyse
50
45 deg
0 deg
100
=1*
+ 0,5 *
150
synthèse
45 deg
200
Dans chaque colonne de dominance
oculaire la fréquence spatiale
préférée des cellules est encodée
dans la longueur du rayon de
l'hypercolonne.
250
50
100
150
BF
200
250
Couleur =
amplitude
(ou pondération)
HF
50
HF
BF
0 deg
100
150
200
250
50
Espace de l’image
100
150
200
250
Espace fréquentiel
Filtrage et fabrication d’un hybride
50
50
100
100
150
150
200
200
250
250
50
50
100
150
200
100
150
200
250
250
Filtre “passe-haute”
Filtre “passe-basse”
50
50
100
100
150
150
200
200
250
250
50
100
150
200
250
50
100
150
200
250
Combinaison
50
100
150
200
250
50
100
150
200
(Adapté de Schyns et Oliva, 1999)
250
Sums of sinwave gratings (5/5)
Près (HF de l’image ≈ 7 cpd)
50
100
150
200
250
50
100
150
200
250
Loin (BF de l’image ≈ 7 cpd)
50
50
100
100
150
150
200
200
250
250
50
100
150
200
250
50
100
150
200
250
10
Le problème de la perception
• Comment faisons-nous pour acquérir
des connaissances quasi-véridiques à
propos du monde extérieur?
Retour au pseudo-paradoxe de la
perception
• Si le monde est tel que nous le percevons, le cerveau est tel que nous le
percevons;
• Or 50% de la lumière visible ambiante traverse le médium oculaire * 20%
traverse les cellules de la rétine * moins de 1% de l’information dans les
récepteurs rétiniens sort des cellules ganglionnaires * 40% de l’information
qui arrive dans le LGN le quitte pour V1 = moins de 0,04% de l’information
dans la lumière visible parvient au cortex extrastrié;
• Donc le monde n’est pas tel que nous le percevons.
11