Révéler les différents mécanismes cognitifs de l’illusion d’Ebbinghaus à travers les oscillations neuronales

Contexte académique

La perception de la taille dans la vision humaine n’est pas entièrement fidèle au monde physique, elle dépend fortement du contexte. Par exemple, lorsqu’un objet est entouré de plusieurs petits objets, il semble plus grand que lorsqu’il est entouré de grands objets, un phénomène connu sous le nom d’illusion d’Ebbinghaus. Les illusions visuelles offrent une perspective unique pour comprendre les mécanismes de l’expérience consciente dans le monde visuel. L’illusion d’Ebbinghaus peut être expliquée par deux mécanismes cognitifs : l’interaction de contour de bas niveau et la comparaison de taille de haut niveau. L’interaction de contour de bas niveau est une interaction sensorielle qui se produit au niveau des contours ou des caractéristiques, entraînant une distorsion perceptuelle lorsqu’une figure est entourée d’autres figures. Ce mécanisme pourrait être lié aux circuits locaux du cortex visuel primaire (V1). La comparaison de taille de haut niveau, quant à elle, repose sur une comparaison cognitive de la taille entre la cible centrale et les inducteurs environnants, conduisant à une accentuation perceptuelle de leur différence de taille. Le mécanisme de comparaison de taille de haut niveau de l’illusion d’Ebbinghaus est supposé nécessiter des connexions de rétroaction des régions visuelles supérieures, en particulier des projections de rétroaction du cortex pariétal droit vers les régions occipitales. Cependant, les mécanismes neuronaux de ces deux théories restent largement inexplorés.

Source de la littérature

Cette étude a été menée par Lihong Chen, Yi Jiang et d’autres auteurs du Laboratoire national de neurosciences cognitives et d’apprentissage de l’Institut de psychologie de l’Académie chinoise des sciences et de plusieurs autres institutions de recherche. L’article a été soumis le 2 novembre 2024 et publié dans Neurosci. Bull. (15 mars 2024).

Processus de recherche

Cette étude utilise la présentation d’illusions visuelles stéréoscopiques et la technique d’électroencéphalographie (EEG) pour étudier les changements dans la portée des stimuli dans l’illusion d’Ebbinghaus et leurs mécanismes neuronaux sous-jacents en manipulant la relation de position entre la cible centrale et les inducteurs environnants. L’étude comprend plusieurs étapes expérimentales :

Procédure expérimentale

• Sujets de l’expérience : 30 volontaires sains droitiers (âge moyen de 23,3 ans).
• Conception expérimentale et stimuli : Les stimuli expérimentaux ont été configurés à l’aide du package logiciel Matlab et présentés sur un moniteur à tube cathodique de 20 pouces. La position de profondeur relative de la cible centrale a été manipulée en ajustant la disparité horizontale des cercles environnants.

Expérience 1

Tâche 1 : Les observateurs devaient juger la position de la cible par rapport aux inducteurs.

Tâche 2 : Ajuster la taille d’un cercle de comparaison pour correspondre à la cible.

Résultat : L’effet d’illusion était significativement réduit lorsque la cible était présentée sur un plan de profondeur différent des inducteurs.

Expérience 2

Tâche : Les observateurs regardaient directement les stimuli sans stéréoscope et effectuaient uniquement la tâche de correspondance de taille.

Résultat : L’effet d’illusion était significativement réduit dans les conditions de disparité élevée et basse.

Expérience 3

Tâche : Quatre inducteurs étaient présentés sur différents plans de profondeur, les observateurs devaient juger la profondeur et faire correspondre la taille.

Résultat : L’effet d’illusion disparaissait lorsque les plans de profondeur visuelle étaient différents.

Expérience 4

Tâche : Les observateurs regardaient les stimuli à travers un stéréoscope, jugeaient la position de la cible par rapport aux inducteurs, tandis que les données ERP étaient enregistrées.

Résultat : Les données EEG ont montré que les amplitudes N1 et P2 évoquées par la cible étaient plus grandes lorsqu’elle était entourée de grands inducteurs. Dans la condition de profondeur, une plus grande taille perçue de la cible était associée à une puissance alpha précoce plus faible, tandis que dans la condition de disparité nulle, une plus grande taille perçue était associée à une puissance bêta tardive plus élevée.

Enregistrement et analyse des données EEG

Enregistrement : Les données EEG continues ont été enregistrées à l’aide d’un bonnet à 64 électrodes.

Analyse : Les données EEG ont été analysées à l’aide d’EEGLAB, en filtrant l’activité inférieure à 1 Hz et supérieure à 40 Hz. La perturbation spectrale liée à l’événement (ERSP) a été corrigée par rapport à la ligne de base après l’apparition de la figure illusoire. Les données EEG ont été transformées dans le domaine temps-fréquence en utilisant la méthode de transformée de Fourier rapide (FFT), extrayant respectivement les amplitudes des ondes alpha (8-13 Hz) et bêta (14-25 Hz).

Résultats de la recherche

Les indices de profondeur réduisent l’effet d’illusion de taille

Dans les conditions d’indices de profondeur (expérience 1), l’effet d’illusion était significativement réduit. Dans les conditions de disparité élevée et basse, l’effet d’illusion était significativement réduit. L’expérience 3 a montré que l’effet d’illusion disparaissait lorsque les quatre inducteurs étaient affichés sur différents plans de profondeur.

Association entre les oscillations neuronales et l’illusion d’Ebbinghaus

Une diminution de la puissance alpha précoce dans les régions centro-pariétales était négativement corrélée à l’effet d’illusion. Dans la condition de disparité nulle, une plus grande taille perçue produisait une puissance bêta plus élevée dans les régions pariéto-occipitales dans une fenêtre temporelle plus tardive (200-300 ms), et la puissance bêta était positivement corrélée à l’effet d’illusion comportementale. Les résultats suggèrent que les oscillations alpha et bêta induites sont respectivement associées à l’interaction de contour de bas niveau et à la comparaison de taille de haut niveau.

Conclusion

Cette étude fournit des preuves neurophysiologiques soutenant les deux mécanismes cognitifs de l’illusion d’Ebbinghaus en révélant le soutien dynamique des oscillations neuronales dans différentes bandes de fréquence pour différents aspects du traitement visuel. La puissance alpha précoce est associée à l’interaction de contour de bas niveau, tandis que la puissance bêta relativement tardive est associée à la comparaison de taille de haut niveau. Cette découverte suggère que les circuits locaux dans le cortex visuel primaire et les oscillations neuronales dans différentes bandes de fréquence dans les régions pariéto-occipitales se soutiennent dynamiquement mutuellement dans divers aspects de la perception visuelle.

Signification de la recherche

Cette étude révèle non seulement les bases neuronales des mécanismes cognitifs de bas et haut niveau dans la perception visuelle, mais offre également des perspectives potentielles d’application pour l’amélioration visuelle et la compensation perceptuelle par la modulation des oscillations neuronales. De plus, les méthodes expérimentales et les techniques d’analyse de données utilisées dans cette étude fournissent un nouveau paradigme de recherche pour le domaine de la neurologie visuelle.