Étude de la relation entre l’activité spécifique au visage et la perception consciente du visage

Introduction

La perception des visages est un processus cognitif fondamental qui permet aux humains d’identifier efficacement les visages dans l’environnement, facilitant ainsi les interactions sociales. De nombreuses études ont identifié une région spécifique dans le cortex visuel ventral du cerveau qui montre une augmentation significative de l’activité en réponse aux stimuli faciaux. Cependant, on ne sait pas encore si cette sensibilité spécifique aux visages est directement liée à la perception des visages (par exemple, la perception subjective). La comparaison de l’activité neuronale dans différents états de perception peut directement démontrer le rôle de ces signaux dans la perception consciente des visages.

L’objectif principal de cette étude était d’explorer si l’activité spécifique aux visages dans le cortex visuel ventral est liée à la perception consciente des visages. Pour ce faire, les chercheurs ont utilisé la technique de l’électrocorticographie (ECoG) chez l’humain, qui fournit une mesure directe des réponses électrophysiologiques du cerveau avec une haute résolution spatiale et temporelle. Cette méthode a permis aux chercheurs de comparer l’activité neuronale lorsque les sujets “voyaient” un visage (condition “seen”) et lorsqu’ils “ne voyaient pas” de visage (condition “unseen”), afin d’explorer l’association entre ces activités et la performance de perception des visages.

Auteurs et contexte de publication

Cet article a été co-écrit par Wenlu Li, Dan Cao, Jin Li, Tianzi Jiang et d’autres chercheurs. Ils sont affiliés au Centre Brainnetome de l’Institut d’Automatisation de l’Académie Chinoise des Sciences, à l’École d’Intelligence Artificielle de l’Université de l’Académie Chinoise des Sciences, à l’École de Psychologie de l’Université Normale de la Capitale, au Laboratoire du Zhejiang et à l’Institut de Santé Cérébrale Xiangxiao de l’Hôpital Central de Yongzhou. Cet article a été publié dans le journal “Neurosci. Bull.” le 25 novembre 2024.

Processus de recherche

Source des données et enregistrement

Les données cérébrales humaines utilisées dans cette étude proviennent d’une base de données publique (https://searchworks.stanford.edu/view/zk881ps0522), qui comprend des enregistrements ECoG fournis par des patients épileptiques volontaires. Ces patients ont participé à l’expérience lors d’un suivi clinique à l’hôpital Harborview de Seattle. Les instruments utilisés dans l’étude comprenaient l’amplificateur synamps2 de Neuroscan et le programme de stimulation et d’acquisition d’EEG BCI2000. Les sujets ont observé des images de visages et de maisons tout en maintenant leur regard fixé grâce à une tâche visuelle.

Conception expérimentale

L’expérience comprenait deux tâches : “faces_basic” et “faces_noisy”. Dans la tâche “faces_basic”, les sujets observaient des images en niveaux de gris de visages et de maisons présentées dans un ordre aléatoire (chaque image était affichée pendant 400 millisecondes) et devaient signaler une cible simple (une maison inversée). Dans la tâche “faces_noisy”, les sujets effectuaient une tâche de détection de visages, avec des images auxquelles du bruit était ajouté en utilisant une méthode de “perturbation de phase” pour tester le seuil de perception des images.

Analyse statistique et prétraitement des données

Les différences significatives entre les conditions expérimentales ont été analysées par des tests t, des analyses de covariance (ANCOVA) et des tests de permutation de clusters non paramétriques. Le prétraitement des données ECoG comprenait le débruitage, le re-référencement, la correction de la ligne de base, ainsi que la décomposition temps-fréquence utilisant des ondelettes de Morlet pour extraire les valeurs du spectre de puissance de l’activité gamma à large bande (BGA) pour l’analyse statistique.

Localisation des électrodes et définition des sites sélectifs aux visages

La localisation des électrodes dans le cortex visuel ventral a été réalisée à l’aide de la base de données et de la boîte à outils BrainNet View. Les électrodes étaient définies comme “sélectives aux visages” si la BGA pour les images de visages était significativement plus élevée que la ligne de base et que pour les images de maisons entre 100 et 300 millisecondes après la stimulation. Huit sites sélectifs aux visages ont été inclus dans l’analyse ultérieure.

Résultats

Résultats comportementaux

La précision de détection des visages par les sujets à différents niveaux de bruit a montré un changement logistique (en forme de S), et une fonction sigmoïde a été utilisée pour ajuster la courbe de mesure comportementale afin de déterminer un seuil de perception de 43,8%. Dans cette plage, la courbe de mesure comportementale a montré un changement brusque, indiquant une transition de perception.

Corrélation de l’activité spécifique aux visages

En comparant la BGA dans les conditions “seen” et “unseen” à différents niveaux de bruit, les résultats ont montré que la BGA spécifique aux visages était significativement plus élevée dans la condition “seen” que dans la condition “unseen”. En utilisant un algorithme de classification des plus proches voisins, on a pu prédire si un visage avait été vu ou non avec une précision supérieure aux devinettes aléatoires et à la précision de classification par permutation. L’analyse de la directionnalité du transfert d’information a montré une augmentation significative du transfert d’information dans l’état de perception des visages, soutenant le rôle du cortex visuel ventral dans la perception des visages.

Association entre l’activité spécifique aux visages et la performance perceptive

L’analyse de la corrélation partielle entre la BGA et la performance de perception des visages (temps de réaction et précision de détection) a montré une corrélation positive significative entre le délai du pic de BGA et le délai de réponse des sujets, ainsi qu’une corrélation positive significative entre l’amplitude de la BGA et la précision de détection des visages. Les deux ont montré des tendances significatives qui variaient avec la précision de détection des visages à différents niveaux de bruit.

Discussion

Les résultats de l’étude indiquent que l’activité spécifique aux visages dans le cortex visuel ventral est liée à la perception consciente des visages chez l’humain. Cette découverte soutient la compréhension des mécanismes neurophysiologiques de la perception des visages : l’analyse des données ECoG a révélé des changements dans l’activité cérébrale lors de la perception des visages. En particulier, l’augmentation de la BGA et les réponses neuronales fiables reflètent la formation de représentations faciales abstraites de haut niveau dans le cortex visuel ventral. Cela ouvre la voie à de futures recherches sur l’exploration plus approfondie de l’activité spécifique aux visages.

Bien que l’étude actuelle n’ait exploré que les résultats de la perception des visages, de futures recherches pourraient explorer davantage les mécanismes des images “vues” et “non vues” à travers différentes catégories d’objets. De plus, cette étude souligne le rôle clé du cortex visuel supérieur dans le traitement de l’information visuelle, jetant les bases d’une compréhension complète des mécanismes neuronaux de la perception des visages.

Conclusion

Grâce à une conception expérimentale précise et une analyse rigoureuse des données, cette étude a réussi à révéler le lien étroit entre l’activité spécifique aux visages dans le cortex visuel ventral et la perception consciente des visages, apportant de nouvelles perspectives sur la compréhension des mécanismes neurophysiologiques de la perception des visages.