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Fiche détaillée Thèses
Ecole des Hautes Etudes en Sciences Sociales (EHESS) (2000-03-27), Simon Thorpe (Dir.)
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Bases cérébrales de la catégorisation visuelle rapide -Etudes chronométriques et fonctionnelles
Denis Fize1

Après un rapide rappel des principaux résultats de la psychologie et des neurosciences de la vision, illustrés par le schéma de Kosslyn, le parcours de six modèles computationnels de reconnaissance nous amène à discuter des principales alternatives élaborées pour décrire le traitement visuel – généralement compris comme complexe et récurrent. Le temps requis par ce traitement apparaît comme un critère crucial de décision sur son fonctionnement et d'affinement de notre compréhension.
Nous constatons que les données d'électrophysiologie disponibles ne permettent pas de disposer clairement de ce critère. Nous mettons alors en oeuvre une tâche expérimentale visant à mesurer le temps nécessaire au système visuel humain pour analyser des scènes naturelles contenant ou non un animal. Les résultats montrent que ce traitement peut être extrêmement rapide, d'une durée inférieure à 150ms. Cette première mesure est complétée par quatre expériences visant à mieux cerner cette contrainte temporelle, en variant les positions des images, leurs couleurs et la tâche. Cette vitesse du traitement visuel des scènes naturelles se montre particulière-ment robuste et constante : lors de présentations par hémichamps parafovéaux, lorsque l'attention n'est pas focalisée sur le lieu d'apparition du stimulus, et en l'absence de couleur comme indice de recon-naissance. Les résultats attenants montrent aussi que les catégorisations d'images contenant des formes simples et la détection de la présence de couleurs ne sont pas plus rapides.
La catégorisation "animal" semble d'autant plus résulter d'un mécanisme automatique que sa trace électrophysiologique est encore présente lorsqu'une autre tâche occupe les sujets.
Les bases cérébrales de la tâche ont été recherchées à l'aide de modèles dipolaires ainsi qu'avec la création d'un protocole événementiel d'imagerie cérébrale RMN analogue à celui mis en oeuvre en électrophysiologie. Nous montrons que cette tâche de
catégorisation implique de manière différentiée les aires visuelles extrastriées 19 et 31, le gyrus fusiforme et les cortex cingulaires postérieurs. Dans les aires visuelles, un effet de suppression d'activité neuronale lié à la présence d'une cible semble mettre en évidence le mécanisme de compétition postulée dans certains modèles.
Ces résultats plaident en faveur de mécanismes directs et rapides de la reconnaissance visuelle : traitement essentiellement ascendants (sans boucles) sans recentrage des stimuli latéralisés ; l'attention focalisée, la couleur et une forte acuité ne
sont pas nécessaires à la reconnaissance d'objets dans des scènes complexes.
La reconnaissance visuelle postulée comme mécanisme nécessitant des traitements
récurrents et des représentations complexes semble ainsi céder la place à de simples détections parallèles de traits visuels, en eux-mêmes suffisants à la représentation mentale des scènes. Dans ce cadre, la décision visuelle - le stimulus présent est adéquat à la tâche prévue – pourrait être l'extraction de ces représentations au moyen de l'inhibition des assemblées neuronales non sélectionnées.
1 :  CERCO - Centre de recherche cerveau et cognition
catégorisation visuelle – scènes naturelles – objet – attention – EEG – IRMf

Cerebral bases of rapid visual categorization - chronometric and functional studies
Visual processing is generaly understood as resulting from a complex and iterative processing. After discussing six models of visual object recognition, we bring out that the time required to perform complex visual processing is a crucial criterion for understanding vision.
We first propose an experimental categorization task in order to determine the time required by subjects to decide wether an animal is present in photographs of natural scenes. Results show that the minimal visual processing time takes less than 150 milliseconds.
This speed of visual processing is particularly robust : this latency does not change when presentations are extrafoveal, when the attention is not focused on the stimulus locus, and when the colors of the images are removed. This speed of visual processing does not differ significantly when stimuli are simple shapes, or when subjects have to decide whether the images are in color. Moreover, electrophysiological signs of an implicit categorization of « Animal » scenes appear significantly when new subjects are performing another task. These results show that this task can be achieved by preattentive, parallel, feedforward visual processes. Focused attention, color and foveal acuity are not required to perform this task rapidly.
The cerebral bases of this task have been found with dipolar modelisation of ERPs, and with a new event-related fMRI protocol. The task differentialy activates mainly the areas 19 and 31, the fusiform and cingulate gyri. Less activity was found following target trials than distractor ones, which we interpret as inhibition processes, compatible with the competitive attentional models.
Visual object recognition could be then considered as simple feature parallel detections. The visual decision (adequation between the actual stimulus and the task performed) could be achieved via inhibition of alternative representations, that could be acts as attentional selection.
visual categorization – natural scenes – object – attention – ERPs – fMRI