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Voir les choses différemment : La Vie Secrète de nos Yeux

Suivre le mouvement de nos yeux lorsque nous sommes confrontés à un défi visuel pourrait aider les chercheurs à découvrir le codage neuronal dans le cerveau

« Voir les yeux dans les yeux » est une expression de l’harmonie, mais des personnes différentes voient-elles littéralement la même chose lorsqu’elles regardent le même monde extérieur ? La réponse courte est « non », dit le Dr Liron Gruber. « Même une même personne voit la même chose différemment à chaque fois qu’elle la regarde », ajoute le professeur Ehud Ahissar.

Le Dr. Gruber et le Prof. Ahissar, du Département des Sciences du Cerveau de l’Institut Weizmann des Sciences, sont arrivés à ces conclusions après avoir mené une étude dans laquelle ils se sont penchés sur des divergences intrigantes entre la vision humaine et la vision par ordinateur, découvertes par des mathématiciens de l’Institut Weizmann. Ces chercheurs, dirigés par le professeur Shimon Ullman du Département d’Informatique et de Mathématiques Appliquées, avaient découvert qu’un algorithme informatique, aussi intelligent soit-il, était bien moins performant que l’homme pour interpréter des fragments d’image connus sous le nom de configurations minimalement reconnaissables, ou MIRC (rangée du milieu dans la figure ci-dessus) – c’est-à-dire pour deviner de quels objets (rangée du haut) ces fragments avaient été dérivés.  De plus, lorsque les chercheurs ont progressivement recadré ou brouillé les MIRC, la reconnaissance par l’ordinateur a diminué de manière linéaire, alors que chez les participants humains, elle a chuté brusquement à partir d’un certain seuil (ligne du bas).

Le Dr. Gruber a réalisé que les expériences impliquant des MIRC pouvaient fournir une multitude de données sur le fonctionnement du système visuel humain. Dans une étude antérieure, avec le Prof. Ahissar, son directeur de thèse, ils avaient déjà montré que, contrairement à l’opinion largement admise, l’œil humain ne fonctionne pas comme un appareil photo qui prend des clichés passifs. Dans la nouvelle étude, le Dr Gruber et le Prof. Ahissar ont fait équipe avec l’informaticien Shimon Ullman pour mettre la vision humaine à l’épreuve.

Prof. Ehud Ahissar (g) et Dr. Liron Gruber (d)

L’identification des MIRC prend généralement un temps relativement long – plus de 2 secondes, soit plus de six fois plus que les quelque 300 millisecondes nécessaires pour reconnaître des objets entiers. Les chercheurs ont enregistré les mouvements oculaires de personnes tentant de reconnaître des MIRC et, à l’aide d’un modèle informatique, ont simulé l’activité des neurones de la rétine. Non seulement ces schémas d’activité variaient en fonction des mouvements oculaires, mais ils différaient également selon que les personnes parvenaient ou non à reconnaître l’objet de l’image. En moyenne, la reconnaissance a nécessité quatre séries de balayage par les yeux de différents points de l’image ; à chaque point, les yeux ont dérivé localement dans toutes les directions pendant plusieurs centaines de millisecondes.

Les résultats indiquent que les interactions entre les mouvements oculaires et l’objet sont essentielles à la reconnaissance. En effet, lorsque les chercheurs ont annulé les interactions entre les objets et les mouvements oculaires – par exemple, en déplaçant les images en même temps que les yeux – les participants à l’étude n’ont pas reconnu les objets.

« La rétine ne crée pas de copies du monde extérieur – contrairement à un appareil photo, qui reproduit les motifs externes sur pellicule ou numériquement. La vision humaine est plutôt un processus actif qui implique des interactions entre les objets externes et les mouvements des yeux », explique le Prof.  Ahissar. « Les yeux de différentes personnes suivent des chemins différents lorsqu’ils regardent la même chose, et même les yeux d’une même personne ne copient jamais la même trajectoire, donc d’une certaine manière, chaque fois que nous regardons quelque chose, c’est une expérience unique. »

Prof. Shimon Ullman

Alors comment le cerveau encode-t-il la réalité visuelle ? Plus précisément, comment cet encodage résulte-t-il des interactions entre les mouvements oculaires et l’objet ? Selon le Dr. Gruber : « Lorsque nous regardons un objet ou une scène, la lumière captée par chaque récepteur de la rétine change d’intensité à chaque mouvement des yeux. Les modèles d’activité neuronale qui en résultent peuvent être interprétés et peut-être stockés par le cerveau. »

La rétine humaine compte plus de 50 millions de récepteurs qui recueillent les informations visuelles et les envoient au cerveau via le nerf optique, composé d’environ 1 million de fibres.

Ces résultats représentent une nouvelle orientation dans la recherche du code neuronal – c’est-à-dire la façon dont l’information est codée dans le cerveau – qui, contrairement au code génétique omniprésent, varie probablement d’une région du cerveau à l’autre. Les résultats montrent que le code rétinien résulte d’un processus dynamique dans lequel le cerveau interagit avec la réalité extérieure qu’il rencontre par l’intermédiaire des sens. Ils expliquent pourquoi il faut du temps pour reconnaître un objet flou ou pour comprendre les illusions d’optique – par exemple, pour repérer un dalmatien « caché » parmi des taches noires sur une surface blanche : La saisie d’images aussi complexes nécessite un balayage oculaire. Une fois que la vision humaine – du mouvement des yeux au codage neuronal – sera mieux comprise, il sera peut-être possible de mettre au point des aides artificielles efficaces pour les malvoyants et d’apprendre aux robots à rattraper les humains dans la reconnaissance des objets dans des conditions difficiles.

Le professeur Ehud Ahissar est le titulaire de la chaire professorale de la famille Helen Diller en neurobiologie

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