psy 2055. psychologie de la perception. bases physiologiques de la perception visuelle, ii....
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PSY 2055. Psychologie de la perception.
Bases physiologiques de la perception visuelle, II.
Frédéric Gosselin /
Eric McCabe
lumière
Corps genouillélatéral (LGN) gauche
Corps genouillélatéral (LGN) droit
Cortex visuel
Stimulus et lumière
Œil et rétine
Retour sur la semaine dernière
1)Focalisation, 2)Degré d’angle visuel, tan(/2) = (l/2)/d3)Rétine : Types de cellules, 4)Rétine : Transduction, 5)Adaptation à la noirceur6)Rétine : Convergence
1)Amplitude*sin(fréquence*angle+phase)2)Luminance
0 1 2 3 4 5 6 7-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
1 s0 s
sin(2*angle)sin(angle+.39)
2*sin(angle)
sin(angle)
.39 s
lumière
Corps genouillélatéral (LGN) gauche
Corps genouillélatéral (LGN) droit
Œil et rétine
Retour sur la semaine dernière
7)CR des cellules ganglionnaires (Vaughan) - Concentriques - Antagonisme centre-périphérie 8)Rétine : Inhibition latérale9)Illusions (Hermann, Contraste simultanée, Mach, White)10)Scotome
Pathologies : 1)Focalisation, 2)Médium oculaire, 3)Rétine, 4)Nerf optique
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 = moins de 0,1% de l’information dans la lumière visible parvient au LGN;
• Donc le monde n’est pas tel que nous le percevons.
Scotome : tache aveugle pathologique
• 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
• Dans les deux hémichamps gauches (ou droits) : lésion au niveau de tractus optique
lumière
Corps genouillélatéral (LGN) gauche
Corps genouillélatéral (LGN) droit
2- Cortex visuel
Plan du cours
1- Corps genouillés latéraux
Traitement de l’information dans le CGL
Jouerait un rôle dans la régulation de l’information en provenance de la rétine.
+
10 nerfs de la rétine 4 nerfs vers le cortex
Vers cortex
De la rétine
LGN
En plus de recevoir les signaux optiques, le CGL reçoit des entrées en provenancedu cortex visuel, du tronc cérébral, d’autres noyaux thalamiques et d’autres neurones du CGL.
Du cortex
Thalamus-LGN
Tronc cérébral
=
Les champs récepteurs du CGLLe 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)
= luminance haute
= luminance basse
Le fond de la rétine = 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).
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-à-dire 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).
Atention : Erreur dans le Goldstein, table 3.1 page 94
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
lumière
Corps genouillélatéral (LGN) gauche
Corps genouillélatéral (LGN) droit
Cortex visuel primaire (V1)
Régions de traitement du signal visuel dans le cortex
Cortex visuel primaire (V1) ou cortex strié
Cortex extrastrié
Cortex visuel primaire
• Au contraire des neurones du CGL, ceux du cortex strié ne répondent pas particulièrement bien à des points lumineux.
Nobel en physiologie en 1981
D. Hubel T. Wiesel
Ozhawa, DeAngelis & Freeman 1995
Classique Corrélation inversée
Visionner fichiers Quicktime…
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.
Le fond de la rétine
!!!
= peu importe
= luminance haute
= luminance basse
Origine des cellules simples?
Organisation dans V1
Rétinotopie dans V1 révélée par autoradiographie
• On montre cette image à un singe + injection de sucre radioactif.
Rétinotopie dans V1 : Résultats
Magnification corticale : Variation de la surface corticale dédiée à la représentation d’un stimulus en fonction de la localisation des récepteurs qu’il stimule.
Stimulus Cortex
Explication
• 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.
Organisation dans V1Pénétrations perpendiculaires
Pénétration oblique
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.
Les hypercolonnes
• Module pour le traitement de la stimulation d’une région rétinienne.
- Une hypercolonne comprend deux colonnes de dominance oculaire (oeil droit et gauche). - Une hypercolonne mesure environ 1 mm3.
perpendiculaire
oblique 1 hypercolonne = 1 colonnne de localisation = 2 colonnes de dominance oculaire =2 ensembles des colonnes d’orientation
Rétinotopie• L’ensemble des hypercolonnes est rétinotopique (c’est-à-
dire que 2 hypercolonnes adjacentes ont des champs récepteurs adjacents sur les rétines). Mais il y a grossissement à la fovéa.
• De plus, les champs récepteurs des cellules d’une même hypercolonne occupent des positions correspondantes sur les rétines.
Les hypercolonnes (suite)• Chaque colonne de dominance oculaire possède 6
couches.
Le rôle des cellules simples
Orientation
Fréquence
Phase
Contraste
Rappelez-vous : onde sinusoidale = Amplitude * sin(fréquence * angle + phase)Ici on ajoute l’orientation
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
• 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
*
ExplicationEffet de l’adaptation sur la perception
Adaptation à la fréquence spatiale
*
Adaptation aux fréquences spatiales
*
Adaptation aux fréquences spatiales
*
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 HF adaptées Rép : Environ 6
Sensibilité au contraste
• Niveau de contraste minimal pour détecter l’alternance entre les barres pâles et foncées constituant une grille sinusoïdale.
Calcul du contraste (Weber)
(Lmax – Lmoyenne)
Lmoyenne
=
Le contraste correspond donc à quelque chose de relatif
Fonction de Sensibilité aux Contrastes (FSC)
• 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
Extraction de la FSC1
cycl
e p
ar d
eg
~60
cyle
par
deg
~7 c
ycle
s p
ar d
eg
Fréquence spatiale
con
tras
te
NonNonNonNonOuiOuiOuiOuiOuiOuiOuiOuiOuiOuiOui
…
NonNonNonOuiOuiOuiOuiOuiOuiOuiOuiOuiOuiOuiOui
NonNonOuiOuiOuiOuiOuiOuiOuiOuiOuiOuiOuiOuiOui
NonOui
NonOui
NonOui
NonOui
NonOui
NonOui Non
Oui
NonOui
NonOui
NonOui
NonOui
Mise au point : 7 cycles par deg
d = (l / 2) / tan( / 2)
1 cycle7 cycles
Hypercolonnes : selon la théorie des fréquences spatiales
HFBF
0 deg
45 deg Dans chaque colonne de dominance oculaire la fréquence spatiale préférée des cellules est encodée dans la longueur du rayon de l'hypercolonne.
50 100 150 200 250
50
100
150
200
250
50 100 150 200 250
50
100
150
200
250
50 100 150 200 250
50
100
150
200
250
50 100 150 200 250
50
100
150
200
250
1
0
Que font les hypercolonnes?
=
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 = 3
+
Fréquence = 5
+ + …
Fréquence = 9
+
Fréquence = 7
Une analyse de Fourier (locale)!
Une analyse de Fourier (locale)!
Filtrage et fabrication d’un hybride
50 100 150 200 250
50
100
150
200
250
50 100 150 200 250
50
100
150
200
250
50 100 150 200 250
50
100
150
200
250
50 100 150 200 250
50
100
150
200
250
50 100 150 200 250
50
100
150
200
250
Filtre “passe-basse”
Combinaison
Filtre “passe-haute”
(Adapté de Schyns et Oliva, 1999)
Près (HF de l’image ≈ 7 cpd)
Loin (BF de l’image ≈ 7 cpd)
50 100 150 200 250
50
100
150
200
250
50 100 150 200 250
50
100
150
200
250
50 100 150 200 250
50
100
150
200
250
Filtres orientés
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.
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