Projet ANR-13-BSH2-0006 – SPEED : Traitement de la vitesse dans les scènes visuelles naturelles
Programme : Blanc - SHS 2 - Développement humain et cognition, langage et communication (Blanc SHS 2) 2013
Année de financement : 2013
Coordinateur du projet : Monsieur Guillaume Masson (Institut de Neurosciences de la Timone)
Partenaires : Laboratoire public; Laboratoire public; Laboratoire public; Sciences Cognitives et Sciences Affectives
Montant : 301965.0 euros
Date de début : 2013
Durée : 42 mois
Résumé : Mesurer la vitesse et la direction d'un object en translation est une étape computationnelle cruciale pour bouger nos yeux, nos mains dans l'environnement, attraper un objet ainsi que percevoir l'organization de la scène visuelle et de ses élements. Alors que nous avons une bonne connaissance des mécanismes perceptifs et neuronaux de l'encodage et du décodage de l'information de direction ainsi que des algorithmes biologiquement plausibles utilisés dans différentes espèces, comment le cerveau traite et représente l'information de vitesse (la norme du vecteur) reste largement incompris. Des neurones sélectifs à la vitesse ont été identifiés à différents niveaux hiérarchiques des voies visuelles chez l'homme et le singe mais comment cette sélectivité est construire est là encore mysterieux. Ceci explique l'absence de modèle consensuel sur cette question. Une hypothèse de travail est que ces mécanismes neuronaux, et leurs corrélats perceptifs, combine de façon nonlineaire l'information locale de mouvement extraite à travers plusieurs filtes spatiotemporels, prenant avantage de la structure multi-échelle des images naturelles. De plus, l'organisation perceptive de la scène et de ses parties doivent être pris en compte pour une intégraton contextuelle et tâche-dépendante. Enfin, le code de population sous-jacent à la perception de la vitesse reste lui aussi largement mysterieux et donc nous sommes loin de comprendre comment l'information de vitesse est décodé pour contrôler des réponses (oculo)motrices et des jugements perceptifs.
 Récemment, nous avons proposé que l'estimation de la vitesse est intrinsèquement un problème multi-échelle et tâche dépendant (Simoncini et al., Nature Neuroscience, 2012). Nous avons défini un nouveau type de stimulus visuel de mouvement, des textures dynamiques dont la phase est aléatoire. Ces stimuli possèdent plusieurs des propriétés statistiques des images naturelles (Sanz-Léon et al., Journal of Neurophysiology, 2012). Cette approche est donc novatrice et pertinente pour étudier les prorpriétés nonlinéaires de l'intégration de mouvement, dans un contexte de réponse motrice ou de jugement perceptif sur la vitesse.
Ce projet réuni des psychophysiciens, des spécialistes du contrôle oculomoteur chez l'homme et des modélisateurs pour étudier le traitement de la vitesse chez l'homme. Notre but est d'étendre le travail élaboré ensemble ces 2 dernières années pour comprendre comment mouvements de poursuite et perception visuelle tirent avantage d'un traitement multi-échelle pour estimer la vitesse d'une cible. Nous poursuivrons notre travail de conception mathématique de stimuli de haute dimensionnalité grâce à notre modèle génératif des images naturelles. Grâce à eux, nous rechercherons comment la vitesse est encodé grâce à l'extraction de l'énergie de mouvement dans différents filtres spatiotemporels. En analysant les réponses motrices et perceptives, we mettrons en évidence les mécanismes nonlinéaires (dépendence au contraste, superposition, supra-linéarité, précision...) sous-jacente à l'intégration des sorties de ces filtres et nous modéliserons ces mécanismes dans une nouvelle version de notre modèle computationel. De plus, nous testerons notre hypothèse que dans les scènes naturelles, ces mécanismes nonlinéaires augmentent la précision des réponses et diminuent leur variabilité d'un essai à l'autre, ce qui conduit à des réponses motrices optimales. En comparant ces réponses motrices avec les jugements perceptifs, nous testerons une seconde hypothèse de travail: ces calculs nonlinaires sont dépendant de la tâche et du contexte sensoriel ou sensorimoteur. En particulier, nous verrons dans quelle mesure les structures géométriques des scènes visuelles sont décisives pour la perception, au-delà du seul calcul de l'énergie de mouvement qui est utilisée par les mouvements oculaires. Finallement, nous montrerons le rôle des informations contextuelles, extra-rétiniennes et prédictive dans l'élaboration d'une re