Projet ANR-15-CE37-0011 – TRAJECTORY : Encoder et prédir le mouvement le long de trajectoires par le système visuel précoce
Programme : Exploration du système nerveux dans son fonctionnement normal et pathologique (DS0407) 2015
Année de financement : 2015
Coordinateur du projet : Monsieur Frédéric Chavane (Aix-Marseille Université_Institut de Neurosciences de la Timone)
Montant : 494622.0 euros
Date de début : 2015
Durée : 48 mois
Résumé : Depuis les travaux pionniers des prix Nobel Hubel et Wiesel, notre compréhension du système visuel a été dominée par une approche hiérarchique, essentiellement « feed-forward ». L’objectif de cette approche est de révéler les propriétés qui sont extraites par des champs récepteurs de complexité croissante. Les outils utilisés sont généralement des stimuli stationnaires locaux construits pour tester la réponse statique, générant un ensemble d’informations morcelées et distribuées. Les modèles du traitement visuel ont été ainsi construits comme une cascade de filtres linéaires couplés à des non-linéarités statiques. Cependant, cette approche ignore deux aspects important du traitement de l’information visuelle. Premièrement, les entrées naturelles sont souvent ambiguës, dynamiques et non-stationnaires, comme par exemple pour un objet se déplaçant suivant une trajectoire complexe. Pour en extraire les informations utiles, le système visuel doit segmenter l’objet de la scène, estimer sa position et sa direction au cours du temps et prédire ses position et vitesse futures. Deuxièmement, à chacune de ces étapes de traitement, de la rétine au cortex visuel, il existe un enchevêtrement d’interactions entre les entrées hiérarchiques directes, celles en en retour des aires supérieures ou celles portées par le réseau de connectivités horizontales. A chaque étape, le mouvement visuel sera donc traité localement mais va aussi générer des propagations latérales d’information.
En dépit de dizaines d’années de recherche sur la vision du mouvement, il n’est toujours pas clair comment le système visuel précoce traite les trajectoires. Cette question est particulièrement difficile car elle nécessite d’avoir accès à des séquences d’activité sur plusieurs échelles (de la cellule au réseau neuronal rétinotopique) et plusieurs étapes (rétine, cortex visuel primaire, V1). TRAJECTORY propose une telle approche intégrative. En utilisant l’état de l’art des techniques d’enregistrement micro et mésoscopiques et en combinant les approches expérimentales et de modélisation, nous entendons disséquer, pour la première fois, la réponse de population à deux étapes clefs de l’encodage du mouvement visuel : la rétine et V1.
Nous lancerons des ensembles coordonnés de travaux pour répondre aux questions suivantes : Comment un barre en translation est représentée par une hiérarchie de réseaux visuels et dans quelle condition émerge une réponse anticipatrice ? Comment le traitement visuel est influencé  par l’histoire passée d’une trajectoire plus ou moins prédictible ? Est-ce que les réseaux visuels précoces propagent également une prédiction sur la nature du stimulus ? En quoi l’encodage de la trajectoire en V1 reflète les transformations ayant déjà eu lieu au niveau de la rétine ? 
Ce projet est innovant parce qu’il s’appuie sur de nouvelles techniques tels que les matrices d’électrodes et l’imagerie de composés sensibles au potentiel sont maitrisés par les partenaires pour enregistrer les dynamiques d’activité de population couvrant de large portion de cartes rétinotopiques rétiniennes et corticales. Il est stratégique, car les trajectoires sont des aspects fondamentaux du traitement visuel et leur traitement reste un obstacle technologique pour la vision par ordinateur et les prothèses rétiniennes. Il est unique car il propose de recherche conjointement les niveaux rétiniens et corticaux au sein d’un cadre expérimental et théorique unifié. Enfin, il est mature car  basé sur des résultats préliminaires solides et une longue histoire de collaborations entre les partenaires du projet.