Comment nous analysons la scène visuelle à l’aide d’un contrôle cérébral descendant

Nous ne voyons les détails que dans une petite partie du monde devant nous, un point à la fois, guidés par et traités dans les régions du cerveau détectées dans une nouvelle recherche décrite par Christian Kiefer et ses collègues dans Frontiers in Neuroscience en février 2022.

La façon dont les yeux se déplacent pour se concentrer sur des zones importantes de la scène visuelle est connue depuis des années, mais pas à un niveau conscient. Les yeux s’arrêtent, ou se fixent, sur un point important, comme le coin de la bouche d’une personne, pendant moins d’un quart de seconde en moyenne, puis passent rapidement à un autre point, comme le nez. Le système visuel assemble ces images fixes un peu comme un appareil photo numérique peut assembler une vue panoramique à partir d’une série de photos. Mais comment le cerveau vise-t-il et traite-t-il ces images de type photographique ?

Trajectoire des yeux d’un observateur balayant un visage, superposée à cette image. Les points indiquent les pauses (fixations) ; les lignes indiquent les mouvements des yeux.

Source : wikimedia commons/spoospa : WIKIMEDIA COMMONS/SPOOSPA

C’est la question sur laquelle se sont penchés Kiefer et ses collègues en combinant la magnétoencéphalographie (MEG) pour scanner le cerveau et l’oculométrie pour suivre le regard de 31 volontaires à qui l’on présentait des images d’objets quotidiens tels que des fleurs, des animaux et des maisons. Cette méthode complexe mesure les champs magnétiques générés par les courants électriques dans le cerveau. Elle fournit une résolution précise de la chronologie de l’activité neuronale. Ce test non invasif utilise des capteurs situés à l’extérieur du cuir chevelu.

Leurs résultats ont montré que l’activation de plusieurs régions du cortex cérébral est corrélée avec les pauses ou les fixations des yeux lors du balayage des images, qu’il s’agisse d’un regard normal ou de la recherche d’éléments particuliers. La jonction entre les lobes temporal et pariétal, ou jonction temporo-pariétale, dans l’hémisphère cérébral droit, se distingue comme une partie centrale d’un réseau activé pendant les brèves fixations de l’œil lorsqu’il balaie une scène visuelle au cours d’une recherche guidée d’objets. En outre, une plus grande activité de cette région était associée à une reconnaissance plus rapide de ces objets.

Jonction temporo-pariétale à l’IRM

Source : M. Graziano/Creative Commons CC BY 3.0

Contrôle descendant

L’attention visuelle peut être dirigée par un système descendant, régi par des régions spécifiques du cerveau. Elle peut aussi être due aux caractéristiques visuelles des objets de la scène, telles que leur taille, leur mouvement ou leur couleur, ce qui est décrit comme un système ascendant. Les recherches de Kiefer et de ses collègues se sont concentrées sur l’importance du contrôle descendant.

Lorsque l’on considère le fonctionnement de l’œil comme un système optique, la partie centrale de la rétine, responsable de la vision centrale, est la plus importante pour la perception des détails ou l’acuité visuelle. Cela s’explique par le fait que de nombreux récepteurs – les cellules coniques – et les cellules ganglionnaires auxquelles ils sont reliés sont regroupés dans un espace très restreint. On peut comparer cela à la vidéo haute définition, avec de nombreux petits pixels par pouce. Cette vision centrale détaillée peut détecter quelques lettres à la fois dans un mot utilisant une police de 12 points à une distance de lecture normale. On estime également qu’elle couvre à peu près la même surface que l’ongle d’un doigt vu à partir d’un bras tendu. Les signaux de la vision centrale activent une quantité disproportionnée d’espace dans le cortex visuel, qui reçoit les informations des premiers niveaux du système visuel et qui est nécessaire à la perception visuelle.

Autour de cette zone de vision centrale se trouve une zone plus large de la rétine et une partie correspondante du champ visuel, produisant la vision périphérique, qui est beaucoup moins détaillée mais qui est importante pour détecter les objets décentrés auxquels il pourrait être important de prêter attention par la suite.

La jonction temporo-pariétale

Lorsque nous parcourons les mots d’un écran ou les objets d’une image, nos yeux se déplacent d’un point à l’autre avec de brèves pauses ou fixations au cours desquelles le système visuel assimile les informations et continue à couvrir d’autres parties de la scène. La manière dont les signaux provenant de l’œil passent de la rétine et du nerf optique au cortex visuel a été largement étudiée, mais la manière dont l’activité neuronale qui en résulte implique les niveaux supérieurs du cerveau est un domaine de recherche actif. La recherche décrite ici s’est intéressée à la manière dont ces régions cérébrales contrôlent l’attention et le traitement des images dans un système descendant. Bien que plusieurs régions cérébrales aient été impliquées, l’une d’entre elles s’est distinguée. Selon les auteurs,

Pris dans leur ensemble, ces résultats soutiennent l’hypothèse selon laquelle la jonction temporo-pariétale… est un élément central des réseaux de connectivité pendant la recherche visuelle guidée et qu’elle est impliquée dans la reconnaissance des objets et le guidage des mouvements oculaires.

La recherche décrite ici s’est intéressée à la manière dont ces régions du cerveau contrôlent l’attention et le traitement des images dans un système descendant. Des systèmes similaires pourraient être impliqués lorsque nous portons notre attention sur d’autres sens, comme notre ouïe lorsque nous parlons avec une autre personne tout en ignorant les autres sons dans un restaurant.

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