Comment notre cerveau traite la profondeur visuelle

Le système visuel humain est complexe, et un de ses rôles clés est de donner un sens à ce qu'on voit. Ça implique de convertir les signaux de nos yeux en images qu'on perçoit. Un gros défi dans ce processus, c'est de déterminer quels signaux de chaque œil correspondent au même objet. Ce problème est particulièrement flagrant quand on regarde des objets avec des caractéristiques visuelles différentes dans chaque œil, ce qu'on appelle le "problème de correspondance."

#Comprendre la vision binoculaire

Quand on regarde quelque chose, chaque œil le voit d'un angle légèrement différent. Cette différence de perspective aide notre cerveau à créer une sensation de profondeur, ce qui nous permet de mieux percevoir la distance. Cependant, quand les deux images ne s'alignent pas bien, le cerveau doit bosser dur pour faire correspondre correctement les caractéristiques des deux yeux. C'est là que ça se complique.

#Le rôle de la perception de profondeur

La perception de profondeur est super importante pour naviguer dans notre environnement. Elle nous permet de juger les distances et d'éviter les obstacles. Quand notre système visuel ne peut pas faire correspondre les images correctement, ça entraîne de la confusion. Par exemple, si un œil voit un point blanc et l'autre un point noir, notre cerveau peut galérer à déterminer comment ces points s'assemblent dans l'espace en 3D.

#Stéréogrammes à points aléatoires

Pour étudier comment notre système visuel gère ces défis, les chercheurs utilisent souvent un outil appelé stéréogrammes à points aléatoires (RDS). Ce sont des images composées de points qui peuvent créer l'illusion de profondeur quand on les regarde correctement. Certains RDS sont conçus de manière à ce que les caractéristiques correspondantes soient différentes entre les deux yeux, créant un stimulus "anticorrélé". Ça veut dire que pendant qu'un œil voit des points blancs, l'autre voit des points noirs.

#Réponse neuronale dans le cerveau

Différentes parties du cerveau réagissent à ces images de manière différente. Dans la zone initiale où l’information visuelle est traitée, appelée V1, les neurones montrent une réponse réduite aux images anticorrélées par rapport aux images corrélées. Ça suggère que notre cerveau essaie de filtrer les signaux confus qui ne nous aident pas à percevoir la profondeur.

#Le cortex visuel ventral

Plus loin dans le chemin visuel, le cortex visuel ventral joue un rôle dans la reconnaissance des objets. Ici, certaines preuves suggèrent que des neurones spécifiques réagissent uniquement aux correspondances correctes et ignorent les fausses. Cette sélectivité signifie que le cortex ventral se concentre sur les signaux qui contribuent à notre compréhension de la profondeur et de la reconnaissance des objets.

#L'expérience : Étudier la perception visuelle

Pour mieux comprendre comment le cerveau traite ces signaux visuels, une expérience avec des participants humains a été réalisée. Les participants ont regardé des images RDS pendant que leurs cerveaux étaient scannés en utilisant l'imagerie par résonance magnétique (IRM). L'objectif était de mesurer les niveaux de certains produits chimiques dans le cerveau, en particulier le GABA et le Glutamate, qui sont impliqués dans l'inhibition et l'excitation des neurones.

#Participants et configuration expérimentale

L'expérience a impliqué 18 volontaires ayant une vision normale ou corrigée. Ils ont participé à une séance d'IRM de deux heures, où ils ont regardé divers stimuli visuels. Certaines images avaient une disparité corrélée, ce qui signifie qu'elles s'alignaient bien entre les deux yeux, tandis que d'autres étaient anticorrélées. Les participants devaient surveiller la luminosité des images pendant les scans.

#Détails des stimuli visuels

Les stimuli visuels utilisés dans l'expérience comprenaient deux types de motifs à points aléatoires : l'un qui ressemblait à des carrés définis par la profondeur et un autre conçu comme des vagues sinusoïdales se déplaçant en profondeur. Les deux types visaient à défier la capacité du cerveau à traiter correctement la profondeur.

#Mesurer les réponses chimiques dans le cerveau

Pendant les scans IRM, les chercheurs se sont concentrés sur des régions spécifiques du cerveau : le cortex visuel précoce et le cortex occipital latéral. Ils ont mesuré la concentration de GABA, qui inhibe l'activité neuronale, et de glutamate, qui excite les neurones. Cela a permis aux chercheurs d'évaluer comment ces neurotransmetteurs changeaient en réponse à différents stimuli visuels.

#Résultats : Changements chimiques dans le cerveau

Les résultats ont montré que dans le cortex visuel précoce, la concentration de GABA ne changeait pas beaucoup malgré les différents types d'images vues. Cependant, les niveaux de glutamate étaient affectés, montrant une tendance à l'augmentation lors de l'observation d'images corrélées par rapport au repos.

Dans le cortex occipital latéral, un schéma différent est apparu. Regarder des images anticorrélées a entraîné une baisse des niveaux de GABA, ce qui était inattendu. Cela suggère que le cortex occipital latéral pourrait répondre différemment, devenant peut-être plus excité lorsque l'information visuelle est ambiguë.

#Explorer l'équilibre excitation/inhibition

La relation entre le GABA et le glutamate est cruciale pour maintenir l'équilibre dans la façon dont nous traitons l'information visuelle. Cet équilibre est pensé pour aider le cerveau à filtrer le bruit et à renforcer les signaux pertinents. L'étude a examiné comment cet équilibre variait entre différentes conditions visuelles et régions cérébrales.

#Découvertes sur l'équilibre E/I

Dans le cortex visuel précoce, il y avait une corrélation modérée entre les niveaux de GABA et de glutamate, indiquant une connexion entre excitation et inhibition. Cependant, cette corrélation s'est estompée lorsque les chercheurs ont contrôlé divers facteurs. Dans le cortex occipital latéral, une forte corrélation était évidente, suggérant que cette région maintenait un bon équilibre malgré les différentes entrées visuelles.

#L'impact des conditions visuelles

Les résultats ont indiqué que regarder des motifs anticorrélés dans le cortex occipital latéral entraînait une augmentation des niveaux de glutamate. Cette montée de l'excitation était liée à la perception d'ambiguïté dans les indices de profondeur. Les découvertes suggèrent que le cerveau s'adapte à ces différences, entraînant des changements dans la façon dont les neurones réagissent à l'information visuelle.

#Reconnaissance des objets et neurochimie

La recherche a également examiné comment la reconnaissance des objets est corrélée avec les niveaux de neurotransmetteurs. On a trouvé que des réponses plus élevées aux objets étaient liées à des niveaux accrus de glutamate dans le cortex occipital latéral lors de la présentation d'une disparité anticorrélée. Cela souligne le potentiel d'interaction entre différents chemins de traitement visuel et la reconnaissance des objets.

#Conclusion

L'étude souligne l'interaction complexe entre excitation et inhibition dans le cortex visuel lors du traitement de différents types d'informations visuelles. En examinant comment les niveaux de GABA et de glutamate changent en réponse à des indices de profondeur variés, les chercheurs ont obtenu des aperçus précieux sur le fonctionnement du système visuel humain.

Cette recherche met en avant l'importance de comprendre comment nos cerveaux gèrent l'information visuelle, ce qui peut avoir des implications pour aborder des problèmes de perception visuelle et améliorer notre compréhension de la manière dont nous percevons le monde qui nous entoure.

#Directions futures

Les recherches futures pourraient explorer comment ces découvertes se rapportent à des tâches visuelles du monde réel et étudier des thérapies potentielles pour les défis de traitement visuel. Comprendre les différences individuelles dans la perception visuelle sera crucial pour développer des approches personnalisées dans le traitement des déficiences visuelles.

Dans l'ensemble, cette étude est une première étape vers le déchiffrement des mécanismes complexes qui permettent à nos cerveaux de créer une image cohérente à partir des signaux visuels fragmentés que nous recevons chaque jour.