Représentation neuronale des formes de perspective et de l’effet de l’attention : preuves issues de l’IRMf et de la MEG

Introduction

Nous percevons toujours les objets depuis une perspective particulière. Dans de nombreux cas, la forme rétinienne d’un objet, c’est-à-dire sa forme vue sous un certain angle, diffère de sa forme objective, c’est-à-dire sa forme physique dans le monde réel. Par exemple, une pièce de monnaie vue sous un angle de 45 degrés apparaîtra elliptique ou en forme d’olive, alors qu’en réalité elle est circulaire.

Les primates peuvent reconnaître de manière fiable des objets même sous différentes perspectives, positions ou tailles. De nombreuses études montrent qu’ils maintiennent une représentation neuronale robuste de la forme objective même lorsque ces conditions varient. Cependant, la représentation neuronale de la forme de perspective a reçu bien moins d’attention que celle de la forme objective.

Il existe un débat sur la question de savoir si les formes de perspective existent réellement. Certains pensent que les formes de perspective sont directement visibles ; d’autres estiment qu’elles sont construites par l’imagination. Les opinions divergent également quant à la question de savoir si la perception des formes de perspective implique des processus cognitifs profonds ou seulement des expériences sensorielles superficielles.

Des études récentes ont ravivé ce débat. À l’aide d’un paradigme de choix forcé à deux alternatives, elles ont trouvé que les participants mettaient plus de temps à répondre en présence d’une interférence de correspondance de forme de perspective, fournissant ainsi des preuves de l’existence de la perception des formes de perspective. Basé sur ce travail, nous visons à explorer la représentation neuronale des formes de perspective et l’effet de l’attention sur celles-ci.

Source

Cet article a été rédigé conjointement par Yi Lin, Yung-Yi Hsu, Tony Cheng, Pin-Cheng Hsiung, Chen-Wei Wu et Po-Jang Hsieh, issus de différents pays et institutions de recherche, y compris l’Université Nationale Cheng Kung et l’Academia Sinica. Il a été publié dans la revue Cortex (volume 176) et a pour DOI le 10.1016/j.cortex.2024.04.003. L’article a été accepté le 5 avril 2024 et publié en ligne le 26 avril 2024. Cet article est en libre accès.

Méthodologie expérimentale

Pour aborder les questions ci-dessus, nous avons utilisé l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf), la magnéto-encéphalographie (MEG) et des techniques de décodage multivariable pour étudier la représentation neuronale spatio-temporelle des formes de perspective. Les participants ont observé des objets en rotation et, en mesurant leur activité cérébrale, nous avons analysé les représentations neuronales des formes de base et des formes de perspective.

Sélection des échantillons et tâches expérimentales

Un total de 22 participants droitiers et locuteurs natifs de mandarin ont pris part à l’expérience IRMf, et 21 ont terminé la tâche MEG. Durant l’expérience, les participants ont effectué des tâches de reconnaissance de formes d’objets et de formes de perspective, chacune répétée 5 fois, pour un total de 10 répétitions.

Matériel de stimulation

Les stimuli utilisés dans l’expérience étaient des objets en forme de pièce de monnaie créés par Morales et al., générant différentes formes de perspective par rotation (telles que circulaire, circulaire en rotation, elliptique, grande ellipse et petite forme circulaire). Ces stimuli ont été utilisés pour les tâches de discrimination des formes.

Collecte et prétraitement des données

Les données IRMf ont été collectées avec un scanner 3T, et les données MEG ont été recueillies dans une chambre blindée magnétique utilisant un système complet de 306 canaux. Le prétraitement des données IRMf comprenait la correction temporelle, la correction des mouvements et la normalisation spatiale. Les données MEG ont été prétraitées à l’aide du logiciel MaxFilter pour éliminer les bruits externes, appliquer des filtres, effectuer la séparation des signaux spatiaux et le nettoyage des artéfacts.

Analyse des données

L’analyse des données IRMf a été réalisée à l’aide du logiciel SPM12, incluant des analyses de premier niveau et des analyses de décodage de modèles. Les données MEG ont été analysées avec MATLAB et des machines à vecteurs de support (SVM). Nous avons formé différents classificateurs de formes (comme circulaire vs elliptique, circulaire vs grande ellipse, et petite forme circulaire vs elliptique) pour comparer l’inclination de la représentation neuronale envers les formes de perspective.

Résultats expérimentaux

IRMf et représentation des formes de perspective

Les résultats du décodage de modèles IRMf ont montré que plusieurs régions cérébrales (y compris les lobes occipitaux, les cortex temporo-occipitaux et les lobes occipitaux bilatéraux) présentaient des différences significatives dans la distinction des représentations neuronales entre formes circulaires et elliptiques. Dans la tâche de discrimination des formes d’objets, certaines régions cérébrales (comme le pôle occipital gauche, le cortex occipital latéral droit) montraient une tendance de leur représentation neuronale envers les formes de perspective.

MEG et dimension temporelle

Les résultats du décodage de modèles MEG ont montré que, dans la tâche de discrimination des formes d’objets, entre environ 100ms à 200ms, la région occipitale présentait des représentations neuronales des formes circulaires en rotation inclinées vers les formes de perspective. Dans la tâche de discrimination des formes de perspective, un effet d’inclinaison plus long a été observé, commençant à 100ms et se poursuivant jusqu’à 200ms. Par rapport à la tâche de discrimination des formes d’objets, dans la tâche de discrimination des formes de perspective, un effet d’inclinaison était également observé dans la région temporale autour de 300ms.

Conclusion

Cette étude montre que les représentations neuronales des formes de perspective existent dans les régions visuelles de bas et de haut niveau du cerveau et que ces représentations sont modulées par l’attention. Nous avons découvert que, quels que soient les types de tâches, le cortex occipital latéral joue un rôle clé dans la représentation des formes d’objet de perspective. Les régions de bas niveau (comme le pôle occipital) traitent l’information de la forme complète, soutenant l’hypothèse de “reprojection”. L’ajustement de l’attention a un impact significatif sur les représentations neuronales, en particulier dans les régions visuelles de traitement de haut niveau, ce qui implique que la perception visuelle est fortement modulée par une attention orientée vers des objectifs. Dans la tâche de discrimination des formes de perspective, le gyrus frontal moyen gauche, en tant que seule région préfrontale manifestant une tendance, vérifie le traitement sémantique et le processus de décision des formes de perspective.

Cette étude révèle les caractéristiques spatio-temporelles des représentations neuronales des formes de perspective et confirme l’existence des représentations neuronales des formes de perspective ainsi que l’effet significatif de l’attention sur celles-ci. Des recherches futures devraient explorer davantage ces mécanismes afin d’approfondir la compréhension de la perception des formes de perspective et la régulation de l’attention.