Décrypter comment le cerveau code la couleur et la forme

Décrypter comment le cerveau code la couleur et la forme

Une étude de Salk révèle comment le cerveau traite le monde extérieur en utilisant des circuits visuels qui se chevauchent

LA JOLLA — Il existe des centaines de milliers de couleurs et de formes distinctes qu'une personne peut distinguer visuellement, mais comment le cerveau traite-t-il toutes ces informations ? Les scientifiques pensaient auparavant que le système visuel encodait initialement les formes et les couleurs grâce à différents groupes de neurones, puis les combinait bien plus tard. Mais une nouvelle étude des chercheurs de Salk, publiée dans Science le 27 juin 2019, montre qu'il existe des neurones qui répondent de manière sélective à des combinaisons particulières de couleurs et de formes.

« De nouveaux capteurs génétiques et technologies d'imagerie nous ont permis de tester plus en profondeur le lien entre les circuits visuels qui traitent la couleur et la forme », explique Edouard Callaway, auteur principal et professeur au laboratoire de neurobiologie des systèmes de Salk. « Ces résultats apportent des informations précieuses sur la connexion et l'organisation des circuits visuels dans le cerveau. »

Semblables au capteur d'un appareil photo numérique, les cellules photosensibles de l'œil (photorécepteurs) détectent les longueurs d'onde de la lumière dans des plages spécifiques et à des endroits précis. Cette information transite ensuite par le nerf optique jusqu'aux neurones du cortex visuel qui l'interprètent et commencent à déchiffrer le contenu de l'image. Les scientifiques ont longtemps pensé que la couleur et la forme étaient extraites séparément, puis combinées uniquement dans les centres cérébraux supérieurs, mais les nouvelles recherches de Salk montrent qu'elles se combinent bien plus tôt.

« L'objectif de notre étude était de mieux comprendre comment le système visuel traite les couleurs et les formes des stimuli visuels », explique Anupam Garg, co-auteur principal et étudiant en médecine/doctorat à l'Université de Californie à San Diego au sein du laboratoire Callaway. « Nous souhaitions appliquer de nouvelles techniques d'imagerie pour répondre à ces questions de longue date sur le traitement visuel. »

Les chercheurs ont utilisé une technologie d'imagerie combinée à des capteurs génétiquement exprimés pour étudier le fonctionnement de milliers de neurones impliqués dans le traitement des couleurs et des formes dans le cortex visuel primaire. Durant de longues périodes d'enregistrement, environ 500 combinaisons possibles de couleurs et de formes ont été testées afin de trouver le stimulus activant le mieux chaque neurone sensible à la vision.

L'équipe a découvert que les neurones visuels réagissaient de manière sélective à la couleur et à la forme le long d'un continuum : alors que certains neurones n'étaient activés que par une couleur ou une forme spécifique, de nombreux autres neurones réagissaient simultanément à une couleur et à une forme particulières, contrairement aux idées reçues sur le fonctionnement du traitement visuel.

« Notre cerveau encode efficacement les informations visuelles grâce à des circuits intelligemment conçus. Contrairement à ce qui est enseigné en classe – selon lequel la couleur et la forme sont traitées séparément dans le cortex visuel précoce, puis intégrées ultérieurement par des mécanismes inconnus – le cerveau encode la couleur et la forme ensemble de manière systématique », explique Peichao Li, co-auteur principal et chercheur postdoctoral au laboratoire Callaway.

« Depuis 20 ans, je cherche à comprendre comment le système visuel traite les couleurs. Cette découverte est donc vraiment passionnante pour moi », déclare Callaway, titulaire de la chaire Vincent J. Coates de neurobiologie moléculaire. « Cette découverte jette les bases de la compréhension de la manière dont les circuits neuronaux effectuent les calculs qui conduisent à la vision des couleurs. Nous sommes impatients de nous appuyer sur ces résultats pour déterminer comment les neurones du cortex visuel interagissent pour extraire les couleurs et les formes. »

Parmi les autres auteurs figuraient Mohammad S. Rashid de Salk.

Le travail a été financé par des subventions des National Institutes of Health (EY022577, NS105129 et EY028084), du Gatsby Charitable Trust et du Pioneer Fund.

DOI: 10.1126/science.aaw5868