Une nouvelle étude révèle que le signal visuel sous-jacent à la reconnaissance d'objets humains est également mis en œuvre dans le cerveau des rats.

Nouvelles approches de l'étude de la vision à la fois du point de vue neurobiologique et en vue du développement technologique des systèmes de vision artificielle : c'est le résultat clé du projet de recherche mené par l'École internationale des hautes études (SISSA ) à Trieste en collaboration avec l'Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) à Rovereto et publié dans la revue scientifique eLife.

Plus précisément, l'étude montre pour la première fois que le traitement progressif du signal visuel sous-jacent à la reconnaissance d'objets humains est également mis en œuvre dans le cerveau du rat, élargissant ainsi la gamme des techniques expérimentales (de la génétique à la biologie moléculaire et à l'électrophysiologie) qui peuvent être appliquées à l'étude de la vision.

« Les humains peuvent reconnaître un visage ou un objet en quelques dizaines de millisecondes, malgré le fait qu'ils peuvent apparaître sur notre rétine de plusieurs manières, en raison des variations de luminosité, de taille, d'orientation et de position dans le champ visuel », a expliqué Davide Zoccolan, directeur du laboratoire de neurosciences visuelles du SISSA et chef du projet de recherche. « Cette capacité, connue sous le nom de reconnaissance d'objets visuels invariants, est l'une des propriétés fondamentales de la vision de haut niveau et est due au traitement progressif du signal visuel à travers une séquence spécifique de zones visuelles corticales. »

Dans l'étude, Zoccolan dit qu'ils ont démontré l'existence d'un mécanisme de traitement similaire chez les rongeurs, ce qui ouvre la possibilité d'étudier les circuits neuronaux sous-jacents en utilisant un large éventail de techniques expérimentales : moléculaires , génétique, électrophysiologique, etc., déjà utilisé chez ces animaux.

Son laboratoire avait déjà montré dans une série d'études comportementales que les rongeurs sont capables d'effectuer des tâches de reconnaissance visuelle d'objets de haut niveau.

« Dans cette nouvelle étude, nous avons enregistré l'activité de centaines de neurones appartenant à quatre zones corticales visuelles différentes, du cortex visuel primaire à la zone visuelle la plus profonde du cortex temporal, au cours d'une séquence précise de stimuli visuels » , explique Zoccolan. « Ces stimuli consistaient en une séquence de 380 images obtenues en présentant 10 objets différents de 38 manières différentes, avec des variations de luminosité, d'orientation ou de taille. Les objets ont été choisis afin de couvrir un large spectre de propriétés visuelles. Certains d'entre eux étaient des reproductions numériques d'objets réels, tels qu'un visage ou un téléphone, tandis que d'autres étaient des objets abstraits utilisés dans des études comportementales antérieures. Chaque image a été présentée pendant 250 millisecondes, plus que suffisante pour la reconnaissance visuelle d'objets.

Les signaux enregistrés sont complexes et difficiles à analyser, c'est pourquoi il était essentiel la collaboration avec Stefano Panzeri, directeur du laboratoire de calcul neuronal ITT à Rovereto et l'un des principaux experts dans le développement d'algorithmes pour comprendre le code neuronal en utilisant la théorie de l'information et de l'apprentissage automatique.

« Nous avons observé qu'à mesure que nous passons du cortex visuel primaire au cortex temporal aréain le plus profond, les informations concernant la lumière et le contraste sont perdues, tandis que le signal devient de plus en plus invariant pour les transformations d'objets uniques et de plus en plus discriminants de l'identité des objets, de la même manière que chez les primates », a conclu Zoccolan. « C'est une constatation importante – comme le montre l'article de commentaire publié par la revue eLife parallèlement à notre travail – qui ouvre de nouvelles voies pour l'étude de la vision de haut niveau et son développement, comme il le fait pour l'évolution des systèmes de vision artificielle. »

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