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PSY 2055. Psychologie de la
perception.
Vision spatiale : d’étoiles à
grilles
Frédéric Gosselin
Plan du cours
Corps genouillé
latéral (LGN) droit
lumière
1- Corps
genouillés
latéraux
Corps genouillé
latéral (LGN) gauche
2- Cortex visuel
Corps genouillés latéraux (CGL)
• Corps genouillé latéral : Noyau du
thalamus. Lieu de synapse reliant le nerf
optique et le cortex visuel.
– Le CGL gauche reçoit de l’information
provenant du côté gauche de la rétine et ce,
pour les deux yeux (champ visuel droit).
– Le CGL droit reçoit de l’information
provenant du côté droit de la rétine et ce, pour
les deux yeux (champ visuel gauche).
• Colliculi supérieurs : Structure souscorticale. Reçoit environ 10% des fibres
ganglionnaires.
– Impliqué dans le contrôle des mouvements
des yeux.
Traitement de l’information dans le CGL
Du cortex
Vers cortex
Thalamus-LGN
LGN
10 axones de la rétine 
4 axones vers le cortex
Tronc cérébral
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.
=
Jouerait un rôle dans la régulation de l’information en provenance de la rétine.
Les champs récepteurs du CGL
Le champs récepteur d’un neurone du CGL est une région sur la
rétine qui, lorsque stimulée, a un effet maximal sur le
déclenchement de ce neurone.
= luminance haute
Le fond de la rétine
= luminance basse
= peu importe
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.
Il existe aussi des champs récepteurs “center OFF-surround ON” dans le LGN.
(Ozhawa, DeAngelis & Freeman 1995)
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).
Coupe coronale
Oeil ipsilatéral : couches 2, 3 et 5
Oeil controlatéral : couches 1, 4 et 6
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
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.
Plan pour le reste du cours
Corps genouillé
latéral (LGN) droit
lumière
Corps genouillé
latéral (LGN) gauche
Cortex visuel
primaire (V1)
Régions de traitement du signal
visuel dans le cortex
Cortex visuel primaire
(V1) ou cortex strié
Cortex extrastrié
Régions de traitement du signal
visuel dans le cortex
Cortex visuel primaire
(V1) ou cortex strié
Cortex extrastrié
Cortex strié
Contient environ 200 millions de neurones, plus de 100 fois
plus que le CGL (environ 1.5 millions).
D. Hubel
T. Wiesel
Nobel en physiologie en 1981
Cortex visuel primaire
• Au contraire des neurones du CGL, ceux du cortex
strié ne répondent pas particulièrement bien à des
points lumineux.
Ozhawa, DeAngelis & Freeman
1995
Classique
Corrélation inversée
http://www.youtube.com/watch?v=KE952yueVLA
http://www.youtube.com/watch?v=QZUzeny0sRg&feature=related
Origine des cellules simples?
Le rôle des cellules simples
Phase
Orientation
Rappelez-vous :
onde sinusoidale = Amplitude * sin(fréquence * angle + phase)
Ici on ajoute l’orientation
Contraste
Fréquence
Cellules simples vs complexes
•
•
•
Les cellules simples ne répondent qu’à des stimuli ayant la bonne orientation et le bon
positionnement dans leur champ récepteur.
Les cellules complexes sont également sélectives à l’orientation mais répondent quelle que soit la
position du stimulus dans leur champ récepteur.
En moyenne, les cellules complexes tendent à avoir des champs récepteurs plus étendus que les
cellules simples.
Cellules hypercomplexes
• La réponse des cellules hypercomplexes (ou à inhibition terminale)
varie en fonction de la longueur du stimulus.
Propriétés des neurones du nerf
optique, du CGL et du cortex
Organisation dans V1
Rétinotopie dans V1 révélée par
autoradiographie
• On montre cette image à un singe +
injection de sucre radioactif.
Rétinotopie dans V1 : Résultats
Stimulus
Cortex
Propriétés du cortex strié:
Magnification corticale
•
La surface corticale dédiée à la
représentation d’un stimulus sur la
rétine dépend de sa localisation sur la
rétine.
•
Une plus grande surface du cortex
visuel primaire est ainsi dédiée au
traitement de la fovéa par rapport à la
périphérie.
•
Ainsi la fovéa correspond à environ
0.01% de la rétine alors que 8 à 10% du
cortex visuel primaire est dédié au
traitement de l’information fovéale.
Magnification corticale
• En partie responsable du fait que l’acuité visuelle
décline avec l’excentricité.
• Mais pourquoi plus de ressources corticales au
centre que dans la périphérie?
– Une haute résolution spatiale nécessite:
• Plus de photorécepteurs dans la fovéa par unité de surface.
• Une relation un à un entre les photorécepteurs et les cellules
ganglionnaires.
• Plus grand nombre de cellules corticales dédiées à chaque cellule
de la fovéa.
Notre cerveau serait trop gros si les mêmes ressources étaient
dédiées à la périphérie
Rétinotopie dans V1 : Résultats
Dominance oculaire
• V1 est la première aire visuelle à avoir des
neurones qui reçoivent de l’information des
deux yeux.
– 80% des neurones du cortex strié ont des
champs récepteurs binoculaires (i.e. pour être
stimulé par un œil ou l’autre).
– Les 20% restants sont monoculaires.
• Les neurones ayant la même dominance
oculaire sont organisés en colonne.
Colonnes d’orientation
• Lorsqu’une électrode suit une trajectoire perpendiculaire, les
neurones ont la même préférence en terme d’orientation (et la
même dominance oculaire).
Colonnes d’orientation (suite)
• Lorsqu’une électrode suit une trajectoire oblique, les champs récepteurs
des neurones rencontrés présentent une variation continue de l’orientation
préférée.
• Une progression de 1 mm permet de traverser toute l’étendu possible des
orientations pour les deux types de dominance oculaire.
Sélectivité à l’orientation
• Le neurone s’active davantage pour une barre verticale.
• Le neurone ne réagit plus du tout à +/- 30 deg.
• Le cortex visuel contient des neurones dont le stimulus favori est à
différentes orientations. Ainsi, toutes les orientations possibles
peuvent être détectées.
Les hypercolonnes
Une hypercolonne mesure environ 1 mm3; et “voit” entre 3 min
d’angle visuel et 0.7 deg d’angle visuel.
perpendiculaire
1 hypercolonne =
2 colonnes de dominance oculaire =
2 ensembles des colonnes d’orientation
oblique
Rétinotopie
• 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.
Le rôle des cellules simples
Phase
Orientation
Contraste
Fréquence
Relation avec les cellules simples
• En fait, les cellules simples sont sensibles à
trois attributs des stimulations rétiniennes
– La fréquence spatiale.
– l’orientation.
– et la position sur la rétine.
Démonstration
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
• 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
2) les neurones associés ont un effet direct sur la
perception.
Adaptation à l’orientation
*
Adaptation à l’orientation
*
Adaptation à l’orientation
*
Adaptation à la fréquence spatiale
*
Adaptation aux fréquences
spatiales
*
Adaptation aux fréquences
spatiales
*
Sensibilité au contraste
• Niveau de contraste minimal pour détecter
l’alternance entre les barres pâles et foncées
constituant une grille sinusoïdale.
Contraste élevé
Contraste moyen
Contraste faible
Approximation de votre courbe de
sensibilité au contraste
Courbe de sensibilité au contraste
Le système visuelle
humain a moins
de neurones
pour les basses
fréquences
spatiales
60 cycles par deg
Résolution visue
limite chez l’hum
Que font les hypercolonnes?
Une analyse de Fourier (locale)!
=
+
réseau
Analyse de Fourier 2D : une décomposition unique d’une image
en une somme de grilles sinusoïdales.
Une analyse de Fourier (locale)!
=
+
Fréquence = 1
+
+
Fréquence = 5
Fréquence = 3
+…
+
Fréquence = 7
Fréquence = 9
Une analyse de Fourier (locale)!
(Adapté de Schyns et Oliva, 1999)
Filtrage et fabrication d’un hybride
50
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Filtre “passe-haute”
Filtre “passe-basse”
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Combinaison
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Hybride
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.