Le temps qu'il faut pour réassembler le monde

24 janvier 2007

Le temps qu'il faut pour réassembler le monde

24 janvier 2007

La Jolla, Californie – Quelques aperçus suffisent pour percevoir un monde visuel fluide et richement détaillé. Mais au lieu de « instantanés photographiques », les informations sur la couleur, la forme et le mouvement d’un objet sont séparées et envoyées via des cellules nerveuses individuelles, ou neurones, au centre visuel du cerveau. La manière dont le cerveau reconstitue la scène a fait l’objet de vifs débats depuis la découverte des neurones il y a plus d’un siècle.

Une nouvelle conception expérimentale a permis aux chercheurs de l'Institut Salk d'études biologiques d'examiner ce processus, appelé conjonction, chronomètre à la main. Ils ont découvert que les caractéristiques individuelles d'un objet sont réunies en permanence par un processus de calcul qui prend du temps, 1/100e de seconde pour être exact. Leurs conclusions sont rapportées dans le numéro du 24 janvier du Journal of Neuroscience.

"La question de savoir comment le cerveau intègre différents signaux est fondamentale pour notre compréhension du traitement sensoriel, et toute une série de théories différentes ont été avancées", explique Jean Reynolds, Ph.D., professeur adjoint au laboratoire de neurobiologie des systèmes qui a dirigé l'étude. "Notre découverte selon laquelle un temps très réduit, mais cohérent, est nécessaire pour calculer une conjonction très simple est importante car elle impose des limites très strictes au temps disponible pour que les mécanismes qui interviennent dans ce calcul fonctionnent."

Pour mesurer le temps nécessaire à l'intégration, Clara Bodelón, Ph.D., mathématicienne du laboratoire de Reynolds, a minutieusement conçu des paires d'images simples – par exemple, un motif à rayures verticales rouges ou un motif horizontal vert – qui, lorsqu'elles sont présentées assez rapidement , s'annulent et deviennent invisibles. (Voir figure).

Après avoir sécurisé les huit derniers écrans d'ordinateur au monde capables de présenter les stimuli assez rapidement pour dépasser les limites de perception (les nouveaux écrans LCD ne rafraîchissent pas l'écran assez rapidement) et après avoir minutieusement calibré les moniteurs pour contrôler avec précision l'activité des photorécepteurs individuels. Dans l’œil, les chercheurs de Salk étaient prêts à répondre à une question séculaire et très controversée : comment les neurones communiquent-ils pour donner naissance à notre perception cohérente du monde ?

À des taux de présentation très élevés, les stimuli étaient littéralement invisibles. Mais lorsque Bodelón ralentissait la vitesse de présentation, les observateurs humains pouvaient déterminer l'orientation d'une image. Il est intéressant de noter que lorsque le taux de présentation était encore plus réduit, les sujets testés pouvaient distinguer la couleur et l'orientation, mais étaient incapables de dire quelle image – verticale ou horizontale – était rouge ou verte. En d’autres termes, le cerveau pouvait « voir » à la fois la forme et la couleur, mais ne pouvait pas voir comment elles étaient combinées.

Ce n’est qu’après avoir ralenti davantage la présentation des stimuli que les observateurs ont pu rapporter avec précision la couleur et l’orientation des objets individuels, ce qui indique que le calcul de la signification globale de toutes ces entrées visuelles est un processus long. Ainsi, les caractéristiques du stimulus étaient disponibles à la perception avant d'être « liées » ensemble. La liaison des fonctionnalités nécessitait cependant plus de temps.

"Personne ne savait si une étape de calcul distincte était nécessaire pour intégrer les attributs individuels des objets et, si oui, combien de temps cela prendrait", explique Bodelón. "Le fait qu'il faille du temps pour percevoir de manière fiable la combinaison de couleur et d'orientation indique l'existence d'un mécanisme d'intégration distinct. Nous pouvons maintenant commencer à tester différentes hypothèses sur la nature de ce mécanisme", ajoute-t-elle.

"La question de savoir comment le cerveau synthétise l'information visuelle est d'une importance capitale d'un point de vue scientifique fondamental", explique Reynolds et ajoute qu'"elle a également d'importantes implications pratiques pour la compréhension et, à terme, le traitement des troubles de la perception, tels que l'agnosie visuelle, une maladie débilitante chez lequel le patient ne peut pas « voir » des stimuli visuels complexes.

En mesurant précisément ce calcul visuel fugace, Bodelón et ses collègues ont fait un premier pas important dans la compréhension des mécanismes qui échouent chez les patients qui souffrent de ce trouble.

Le Salk Institute for Biological Studies de La Jolla, en Californie, est une organisation indépendante à but non lucratif dédiée aux découvertes fondamentales dans les sciences de la vie, à l'amélioration de la santé humaine et à la formation des futures générations de chercheurs. Jonas Salk, MD, dont le vaccin contre la poliomyélite a pratiquement éradiqué la poliomyélite, une maladie invalidante en 1955, a ouvert l'Institut en 1965 grâce à un don de terrain de la ville de San Diego et au soutien financier de la Marche des dix sous.