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Posté par Adrien le Jeudi 11/05/2017 à 00:00
Le voile se lève sur les mécanismes de la perception visuelle de la vitesse
Pour survivre, il est crucial de mesurer la vitesse d'objets, de proies ou de prédateurs en mouvement. Or, comment le cerveau réalise cette tâche avec précision reste largement mystérieux. L'équipe de Pascal Mamassian du Laboratoire des systèmes perceptifs à l'Ecole Normale Supérieure et de Guillaume (Guillaume est un prénom masculin d'origine germanique. Le nom vient de Wille, volonté et Helm, heaume, casque, protection.) Masson à l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) de neurosciences (Les neurosciences correspondent à l'ensemble de toutes les disciplines biologiques et médicales qui étudient tous les aspects, tant normaux que pathologiques, des neurones et...) de la Timone, ont identifié un nouveau mécanisme basé sur la cohésion perceptive de mouvements complexes, comme le déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles orientés. En psychanalyse, le déplacement est mécanisme de...) de nuages ou de nuées d'oiseaux. L'estimation perceptive dépend ainsi des interactions entre canaux de vitesse (On distingue :) et échelle spatiotemporelle. Ces résultats ont été publiés le 4 mai 2017 dans la revue Current Biology.


Figure: Des stimuli visuels de mouvement ont été créés pour comprendre comment la vitesse est inférée à partir de ses différentes composantes spatiales et temporelles. Dans le domaine fréquentiel, ces stimuli composés comprennent trois parties qui ont des vitesses légèrement différentes. L'étude de Nikos Gekas et ses collaborateurs montre des interactions systématiques entre ces différentes composantes, révélant ainsi un pattern d'interactions entre canaux de vitesse. Ce pattern correspond à la combinaison d'un biais pour des vitesses faibles et d'un affinement de l'échelle du stimulus en mouvement.
© Nikos Gekas. Current Biology.

L'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.) avec le monde (Le mot monde peut désigner :) naturel engendre des stimulations complexes de nos sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie...). Par exemple, le flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un sens commun. Plus précisément le terme est employé dans...) optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) généré par les nuages ou encore une nuée d'oiseaux, comprend des informations visuelles à différentes échelles spatio-temporelles sur la vitesse ou la direction de ces composantes.

Nikos Gekas et ses collaborateurs se sont concentrés sur l'estimation de la vitesse visuelle, une source critique d'information pour la survie de beaucoup d'espèces animales alors qu'elles surveillent des proies en mouvement ou un danger qui se rapproche. Chez le mammifère (Les Mammifères (classe des Mammalia) forment un taxon inclus dans les vertébrés, traditionnellement une classe, définie dès la classification de Linné. Ce taxon est...), et en particulier chez le primate, l'information de vitesse est conceptualisée comme étant représentée par un ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un...) de canaux sensibles à différentes caractéristiques spatiales et temporelles. Cependant, on connaît encore très mal comment le cerveau (Le cerveau est le principal organe du système nerveux central des animaux. Le cerveau traite les informations en provenance des sens,...) arrive à inférer précisément la vitesse de scènes naturelles complexes à partir de cet ensemble de canaux spatio-temporels.

Plutôt que d'utiliser des stimuli classiques simples comme des points ou des barres en mouvement, les chercheurs ont choisi un ensemble bien contrôlé de textures en mouvement à l'apparence naturelle appelées "composés de nuages en mouvement" (CNMs) qui activent simultanément plusieurs canaux spatio-temporels. En utilisant des méthodes psychophysiques chez l'homme (Un homme est un individu de sexe masculin adulte de l'espèce appelée Homme moderne (Homo sapiens) ou plus simplement « Homme ». Par distinction, l'homme...), ils ont trouvé que les stimuli CNMs ayant la même vitesse physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique...) sont perçus comme se déplaçant à différentes vitesses en fonction des combinaisons de canaux activées. Ils ont ensuite développé un modèle computationnel démontrant que l'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) dans un canal donné est modulée par l'activité d'autres canaux spatio-temporels. Cette modulation forme un pattern systématique (En sciences de la vie et en histoire naturelle, la systématique est la science qui a pour objet de dénombrer et de classer les taxons dans un certain ordre, basé sur des principes...) d'augmentation et d'atténuation (Perte d'intensité et amplitude d'un signal...) d'un canal par d'autres canaux qui ont des propriétés spatiales et/ou temporelles un peu différentes. Ce pattern d'interactions peut être compris comme la combinaison de deux composantes orientées selon un axe de vitesse (compatible avec un à priori que la vitesse est faible) et un axe d'échelle (affinement des traits similaires). De manière intéressante, cette interaction en échelle implémente un mécanisme d'inhibition latérale, un principe canonique qui jusqu'à présent était surtout reconnu comme opérant sur des traitements de bas niveaux.

Au final, le mécanisme de normalisation en vitesse-échelle pourrait bien refléter une tendance naturelle du système visuel à intégrer des signaux complexes en un percept cohérent. Ceci permettrait de mesurer le mouvement global d'une nuée d'oiseaux en ignorant les mouvements stochastiques de chaque élément ou bien, au contraire de suivre le mouvement de quelques oiseaux sans être perturbé par les changements incessants de direction de la nuée.

L'approche développée (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de courbure. On peut aussi la décrire comme l'enveloppe de la famille des droites normales à la courbe.) par les équipes de Pascal Mamassian et Guillaume Masson peut être facilement adaptée chez différentes espèces, de la mouche (Mouche est un nom vernaculaire ambigu en français. Le terme mouche (/muʃ/) provient du mot italien musca, qui désigne de nos jours principalement un genre (Musca)...) aux mammifères supérieurs, pour étudier comment un tel mécanisme simple, automatique (L'automatique fait partie des sciences de l'ingénieur. Cette discipline traite de la modélisation, de l'analyse, de la commande et, de la régulation des systèmes dynamiques. Elle a pour fondements...) et adaptatif, a pu être conservé lors de l'évolution et en identifier les bases neuronales.

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Source: CNRS-INSB