L'attention visuelle explore l'espace à une fréquence spécifique

Publié par Isabelle le 23/02/2020 à 14:00
Source: CNRS INSB
L'information visuelle qui parvient à notre rétine est très dense. L'attention spatiale permet d'en accélérer le traitement cérébral en sélectionnant les informations les plus pertinentes. Dans un article publié dans la revue Nature communications, les chercheurs décrivent, pour la première fois, comment le cortex (En biologie, le cortex (mot latin signifiant écorce) désigne la couche superficielle ou périphérique d'un tissu organique.) préfrontal déploie l'attention visuelle dans l'espace et dans le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.), à un rythme de 10 Hz, de façon adaptée à nos besoins, ainsi que l'impact que cela a sur notre perception de notre environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme environnement tend actuellement à prendre une...) visuel.


Représentation d'une trajectoire attentionnelle sur un écran (Un moniteur est un périphérique de sortie usuel d'un ordinateur. C'est l'écran où s'affichent les informations saisies ou demandées par l'utilisateur et générées ou restituées par...). Lors de cette tâche cognitive, le sujet, ici un macaque (Le mot macaque vient du portugais macaco, qui signifie « singe », ce mot provenant lui-même d'un mot bantou à l'époque de la colonisation de la côte africaine par les portugais.), doit fixer du regard le centre de l'écran (point rouge) tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en dirigeant son attention visuelle au niveau du cercle (Un cercle est une courbe plane fermée constituée des points situés à égale distance d'un point nommé centre. La valeur de cette distance est...) pointillé en haut à droite de l'écran. Alors que l'attention du sujet est supposée fixe, le focus attentionnel explore en réalité l'environnement proche du cercle. On peut donc ainsi décrire une trajectoire (position du focus attentionnel au cours de l'essai en jaune (Il existe (au minimum) cinq définitions du jaune qui désignent à peu près la même couleur :) pointillé), qui répond à une stratégie (La stratégie - du grec stratos qui signifie « armée » et ageîn qui signifie « conduire » - est :) exploratoire (% de probabilité (La probabilité (du latin probabilitas) est une évaluation du caractère probable d'un évènement. En mathématiques, l'étude des probabilités est un sujet de grande importance...) d'exploration (L'exploration est le fait de chercher avec l'intention de découvrir quelque chose d'inconnu.) de chaque partie de l'écran sur une échelle allant du noir -faible exploration- au blanc (Le blanc est la couleur d'un corps chauffé à environ 5 000 °C (voir l'article Corps noir). C'est la sensation visuelle obtenue avec un spectre lumineux...) -forte exploration).
© Suliann Ben Hamed

Le cerveau (Le cerveau est le principal organe du système nerveux central des animaux. Le cerveau traite les informations en provenance des sens, contrôle de nombreuses fonctions du corps,...) humain présente une capacité de traitement limitée. Il ne peut donc pasgérer de manière optimale le flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...)...) continu d'informations qui lui parvient. L'attention visuelle permet de surmonter cette limite en filtrant et en sélectionnant les informations visuelles les plus importantes, au détriment des informations les moins pertinentes. Ainsi, arrêtés à un feu (Le feu est la production d'une flamme par une réaction chimique exothermique d'oxydation appelée combustion.) rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.), nous pouvons discuter avec notre voisin tout en surveillant (Un surveillant ou conseiller d’éducation ou assistant d’éducation, est une personne qui travaille dans les collèges et lycées. Cet emploi est fréquemment exercé...) la couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).) du feu. Nous ne notons ni la couleur de la voiture juste à côté de la nôtre, ni la vitrine chatoyante juste derrière. Pourtant, nous saurons freiner à temps pour éviter cet enfant qui traverse (Une traverse est un élément fondamental de la voie ferrée. C'est une pièce posée en travers de la voie, sous les rails, pour en maintenir l'écartement et l'inclinaison, et transmettre au ballast les charges des véhicules...) à la dernière minute ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un acte. Cartographie géologique ; la minute de terrain est la carte originale, au crayon, levée sur le terrain. ...).

Plusieurs régions corticales participent à ce processus essentiel de la vision. Toutefois, des résultats convergents indiquent que le cortex préfrontal est le centre du contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) attentionnel. Ainsi, les signaux qu'il envoie vers le cortex pariétal ou le cortex visuel strié et extrastrié modulent l'information visuelle en entrée, amplifiant la réponse à certaines positions spatiales ou caractéristiques visuelles, tout en déprimant la réponse à d'autres caractéristiques.

William James, psychologue visionnaire de la fin du 19ème siècle (Un siècle est maintenant une période de cent années. Le mot vient du latin saeculum, i, qui signifiait race, génération. Il a ensuite indiqué la durée d'une génération humaine et faisait 33 ans 4 mois...), a proposé le modèle d'un focus attentionnel sous le contrôle volontaire du sujet et se déplaçant sur la scène visuelle à traiter, tel un projecteur (Le mot projecteur peut désigner les instruments d'optique suivants :). Ce paradigme a dominé les études sur l'attention spatiale. Toutefois, ces dernières années, des études comportementales ont démontré que l'attention spatiale est de nature rythmique, échantillonnant les régions les plus pertinentes de l'espace visuel à un rythme de 10 Hz. Les bases neuronales de cette rythmicité et la réconciliation de cette observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir...) avec le paradigme d'un projecteur attentionnel restent posées.

Dans cette étude, les scientifiques enregistrent l'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) neuronale du cortex préfrontal d'un primate non humain, et accèdent, en temps réel, par des techniques de décodage de l'activité neuronale, à la position continue de son focus attentionnel. Ils peuvent ainsi suivre l'endroit où le singe (Un singe (du latin simius, pluriel Simia) est un animal faisant partie du groupe constitué par l'ordre des primates. Parmi les primates, il n'est pas...) fait attention sur un écran alors même qu'il effectue une tâche qui exige de lui de ne pas bouger les yeux. Grâce à cela, les chercheurs démontrent que le focus attentionnel ainsi décodé se déplace dans l'espace de manière rythmique, a une fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par unité de temps. Ainsi lorsqu'on emploie le mot...) précise de 7-12 Hz, dans la bande alpha. La localisation de ce focus attentionnel pendant cette exploration périodique détermine à quel point (Graphie) un stimulus visuel est perçu par le cerveau, la capacité du sujet à produire la réponse adaptée à ce stimulus, ainsi que le temps de réaction associé. Cette exploration de l'espace visuel par le focus attentionnel fait alterner des phases d'exploitation des informations connues a priori, et des phases d'exploration à la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne...) d'informations nouvelles. Elle est ajustée de façon dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) en fonction des objectifs de la tâche. Enfin, les résultats montrent que ces mécanismes exploratoires périodiques reposent sur un rythme neuronal populationnel qui prend son origine au niveau même du cortex préfrontal.

Ces travaux représentent une avancée dans la compréhension des bases neurales de l'attention spatiale et ouvrent de nouvelles perspectives dans le développement de techniques de réhabilitation de l'attention basées sur les techniques de "neurofeedback", c'est-à-dire des techniques de réhabilitation basées sur un contrôle direct du sujet sur son activité neuronale.

Pour en savoir plus:
Prefrontal attentional saccades explore space rhythmically.
Gaillard C, Ben Hadj Hassen S, Di Bello F, Bihan-Poudec Y, VanRullen R, Ben Hamed S.
Nat Commun 17 février 2020. https://doi.org/10.1038/s41467-020-14649-7

Laboratoires:
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.) des Sciences Cognitives (ISC) - (CNRS/Université Claude Bernard)
67 Boulevard (Au sens premier, un boulevard est une voie de communication reposant sur d'anciens remparts, puisque le mot vient du néerlandais bolwerc signifiant rempart. Il permet donc de contourner une ville de...) Pinel. 69675 Bron Cedex.

Contact:
Suliann Ben Hamed - Directrice de recherche CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) à l'Institut des sciences cognitives (ISC) - benhamed at isc.cnrs.fr
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