Etude
théorique des modulations centre/pourtour des propriétés
des champs récepteurs du cortex visuel primaire: circuits,
dynamiques, et corrélats perceptifs.
Theoretical
study of center/surround modulations of V1 receptive fields:
circuits, dynamics and perceptual correlates
Directeurs
de thèse / Supervisors:
Yves Frégnac et Jean Lorenceau
Note:
Thesis in French without the papers (Download them separately)
Soutenue le 26 Septembre 2002 devant le jury composé de:
| Dr Yves Frégnac | Directeur de thèse |
| Dr Jean Lorenceau | Directeur de thèse |
| Dr Yves Burnod | Rapporteur |
| Dr Simon Thorpe | Rapporteur |
| Pr Patrice Dégoulet | Président du Jury |
| Pr Michael Morgan | Examinateur |
| Pr Anthony Norcia | Examinateur |
Résumé
Contrairement à ce qui est souvent supposé, les neurones du cortex visuel primaire (V1) ne sont pas insensibles à la stimulation du pourtour de leur champ récepteur: si celle-ci n'est pas suffisante pour entraîner des réponses significatives, elle conduit très fréquemment à une modulation facilitatrice ou suppressive de la réponse au stimulus présenté dans le champ récepteur.
L'observation de ces phénomènes - les "modulations centre / pourtour" - a conduit à une remise en cause de la notion de champ récepteur, et à une réévaluation du rôle fonctionnel possible de V1. En effet, la similarité de ces effets avec certains aspects de la perception visuelle consciente suggère qu'ils pourraient sous-tendre certains processus de segmentation et d'intégration de contour, participant ainsi à la construction d'une analyse "globale" de la scène visuelle.
L'origine
et le rôle fonctionnel de ces phénomènes restent cependant
peu compris.
Fondé sur des méthodes de modélisation mathématique
et de simulation informatique, le travail présenté dans
cette thèse a été réalisé en interaction
étroite avec les études psychophysiques et physiologiques
menées au sein de notre laboratoire, et cherche à les mettre
en relation. Après une revue des travaux physiologiques, anatomiques,
psychophysiques et théoriques relatifs aux modulations centre /
pourtour, nous nous intéressons principalement à deux questions:
- Quels
sont les circuits responsables de (la diversité de) ces effets
?
Nous cherchons à fournir des outils théoriques pour évaluer les modèles existants, tenter de les réconcilier au sein d'un même formalisme, et comprendre comment les diverses caractéristiques spatiales des modulations centre/ pourtour peuvent résulter des propriétés connues de l'architecture de V1. Nous proposons que la diversité des comportements observés expérimentalement résulte en partie des hétérogénéités existantes dans la connectivité locale, en relation avec la position du neurone considéré dans la carte d'orientation.
- Quelles
devraient être les conséquences des dynamiques de ces
effets sur les réponses neuronales et sur la perception visuelle?
Nous proposons que les modulations des dynamiques de l'intégration des entrées ascendantes, induites par la propagation des entrées synaptiques horizontales, soient à l'origine de certaines "illusions" concernant la perception de la vitesse d'objets orientés. De manière plus générale, nos résultats théoriques, ainsi que les études psychophysiques et électrophysiologiques réalisées, suggèrent que les réponses des neurones de V1 et la perception des objets visuels dépendent non seulement du contexte spatial, mais aussi du contexte temporel dans lequel ces objets sont présentés. Ils prédisent en outre que la présentation d'un objet visuel se traduit dans le cortex par la propagation d'une "empreinte" spatiale sous-liminaire de la famille de contours ou de trajectoires dans lesquels cet objet pourrait être inscrit. Nous discutons la participation possible de ce mécanisme à d'autres phénomènes perceptifs et ses implications fonctionnelles pour l'analyse d'objets statiques ou en mouvement.