savoirs

Neurosciences

Pourquoi nous
ne sommes pas tous
physionomistes
Une fraction
de seconde suffit
pour que notre
cerveau reconnaisseles visages familiers.
Mais comments’y prend-il ?
PAR Philippe Lambert,journaliste.

Photo Josse/Leemage © Succession Picasso, Paris 2015

B

rigitte a une vue parfaite
et ne souffre d’aucune altération cognitive. Pourtant,elle est incapable de reconnaître des visages familiers. Elle sait que ce sont des visages,
mais n’arrive pas à leur attribuer une
identité. À l’instar d’autres personnes
atteintes, comme elle, de prosopagnosie
sévère, elle ne reconnaît ni le visage deson mari, ni ceux de ses enfants, ni mêmele sien dans un miroir ou sur une photo.
À la suite d’une ou plusieurs lésions
cérébrales pouvant se situer en de nombreux endroits des parties latérale etventrale de l’hémisphère droit du cerveau, certains individus perdent donc
cette habileté particulière d’identifier lesvisages. En général, ils éprouvent également des difficultés à reconnaître visuellement les objets, mais ce n’est pas unerègle absolue. Les visages ne différant les
uns des autres que par des détails, notre
aptitude à les différencier en un coupd’œil – moins de 200 ­millisecondes – >>>Nº 501-502 • JUILLET-AOÛT 2015 | La Recherche • 101

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savoirs

TetiereNeurosciences
Il est difficile de voir un visage
humain dans un tableau d’Arcimboldo à l’envers car on ne parvientpas à y reconnaître des yeux, unebouche, un nez. Si vous retournez
votre magazine, la reconnaissance
est immédiate. Ce test appuie l’idée
que le cerveau reconnaît les visages
en les analysant globalement.

Lecture parcellaire. Deux écolesde pensée s’opposent. Pour les neuro­scientifiques et les chercheurs en intelligence artificielle, la reconnaissancedes visages reposerait sur l’extractiond’informations locales : notre cerveau
décomposerait l’image des visages
en fragments. Puis il les assemblerait
progressivement en entités de plus
en plus importantes jusqu’à obtenir
une représentation globale. Le fait que

Selva/Leemage>>> met en œuvre des processus complexes, dysfonctionnels en cas de prosopagnosie, qui mobilisent d’importantes
ressources cérébrales. Mais comment lecerveau procède-t-il pour assurer cettereconnais­sance ? Se livre-t-il à une analyse élément par élément – un œil, l’autreœil, la bouche, le nez… ­–, ou recourt-il à
une approche globale dite « holistique » ?

ce mode de traitement soit très bien
reproduit par un ordinateur conforte
les partisans de cette thèse. La machine« peut discriminer les visages en se fondant uniquement sur de l’information
locale, pourvu qu’elle soit complète etqu’il puisse reconstituer le ‘‘puzzle’’ »,indique Bruno Rossion, de l’Institut derecherche en science psychologique deLe poids de l’émotion
Sans nous en rendre compte, nous
nous forgeons très rapidement une
impression sur la personne que nous
regardons : est-elle jeune ? Quelle est
son origine ethnique ? Quelles sont ses
intentions ? À l’Institut du cerveau etde la moelle épinière, à Paris, ­Nathalie
George s’intéresse à la manière
dont la vision d’un visage déclenche
l’activation d’un vaste réseau derégions cérébrales, les unes impliquées directement dans la reconnais­
sance dudit visage, d’autres dansl’analyse de son expression faciale etdes émotions qu’il traduit, d’autres
encore dans l’extraction de représentations mémorisées… En s’appuyant
sur l’électroencéphalographie et lamagnétoencéphalographie, techniquede mesure des champs magnétiques
induits par l’activité électrique desneurones du cerveau, elle a montréque, très rapidement après qu’unvisage nous a été présenté, plusieurs
voies de traitement de l’information
visuelle sont mises en route, réalisentdes analyses en parallèle et interagissent [1]. Cette activation expliqueque le traitement des informationsémotionnelles, par exemple, peut
contribuer à la reconnaissance del’identité. « Avant 100 milli­secondes,
les activités cérébrales liées au traitement d’un visage peuvent être modifiées par le contexte émotionnel quia été associé auparavant à ce visage »,précise la chercheuse.
[1] S. Morel et al., Neuroimage, 61, 1461, 2012.

l’Institut de neurosciences de l’université c­ atholique de Louvain, en Belgique.
Toutefois, les principaux arguments
viennent de l’expérimentation, et enparticulier des études consistant à
enregistrer les mouvements des yeux
chez des sujets caucasiens. Face à unvisage, leur regard se focalise d’abord
sur un œil, généralement le droit, puis
sur l’autre œil, puis sur la bouche. Dans
un article paru en 2008 dans la revue
Plos One [1], l’équipe du psychologue
Roberto Caldara, alors à l’université deGlasgow, a montré que les Asiatiques
fixaient davantage le centre du visage
que les Européens, ce qui refléterait une
différence de stratégie par rapport aux
Occidentaux : la reconnaissance desvisages ne dépendrait pas d’une stratégie universelle, mais serait modulée
en partie par la culture. Pour Bruno
Rossion, toute la question est de déterminer dans quelle mesure cette différence culturelle modifie la perception.
Dans d’autres recherches, les traitsd’un visage connu sont masqués, àl’exception­d’un de ses éléments (un œil,la bouche, le nez ou les sourcils…). Les participants à l’expérience reconnaissentils les visages qui leur sont présentés defaçon parcellaire ? Tout dépend de l’élé-

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Mooney [3] », du nom de leur inventeur,le psychologue américain Craig Mooney.
À partir de visages photographiés ennoir et blanc, on reconstitue des photos où les pixels gris foncé sont transformés en noir, et les pixels gris clair
en blanc. On obtient donc des images
binaires. Pris isolément, aucun élément
du visage n’est alors reconnaissable. Sil’on présente à l’envers une image deMooney réalisée à partir de la photod’un visage, les participants à l’expérience n’établissent aucun lien avec unfaciès humain. En revanche, si la photoleur est soumise à l’endroit, ils identifient aussitôt un visage. Le même phénomène existe avec les tableaux d’Arcimboldo. « Les modèles analytiques peinentà expliquer comment le cerveau humain
pourrait reconnaître un visage en découpant de telles images en divers éléments,
affirme Bruno Rossion. Aucun systèmed’intelligence artificielle n’est d’ailleurscapable de réaliser cette reconnaissance. Il
doit donc exister, au niveau cérébral, unevoie de traitement qui permet d’identifier
le tout avant les parties. »BRUNO ROSSION

Représentation globale. Une desplus belles démonstrations de la validité
de l’hypothèse holistique est « l’illusion
des visages composites » [4], décrite pourla première fois en 1987 par les psychologues britanniques Andrew W. Young,
Deborah Hellawell et Denis C. Hay (voirci-contre). Prenez une série de visages
formés de deux moitiés séparées >>>En regardant les deux premières lignes, vous avez la sensation de voir desvisages différents. Pourtant, les parties supérieures sont identiques. Cette« illusion de visages composites » disparaît lorsque les deux parties du visagesont décalées. Explication : lorsqu’il analyse une partie du visage, le cerveau
est influencé par l’autre partie. Un argument en faveur de l’analyse globale.
ment anatomique observé. Lorsqu’onclasse les images en fonction de la performance des sujets, il apparaît que lesyeux sont associés aux meilleurs scoresde reconnaissance. En 2005, cette expérience avait été réalisée par l’équipe deBruno Rossion chez un patient prosopagnosique [2]. Contrairement aux sujets
normaux, ce dernier a utilisé essentiellement la bouche et les contours externes
inférieurs pour essayer de reconnaître
les visages. Il pourrait donc y avoir, chezles personnes souffrant de prosopagno-

sie, un déficit dans l’encodage et l’utilisation des informations relatives aux yeux.
Un point de vue que ne partagent
pas, dans leur majorité, les psychologues expérimentaux. Pour eux, le cerveau percevrait de préférence un visage
comme un tout indissociable. D’ailleurs,
ce n’est pas parce que le regard fixe untrait (un œil, par exemple) que le cerveau
utilise cette information dans ses traitements. Cette « hypothèse holistique » se
fonde en partie sur l’observation d’illusions perceptives comme les « figures deL’essentiel> LES PERSONNES souffrantde prosopagnosie ne peuvent
reconnaître les visages familiers.

> POUR LA MAJORITÉ DESPSYCHOLOGUES expérimentaux,notre reconnaissance des visages
passe par une analyse globale
de ces derniers.

> CETTE THÉORIE est confirmée
par des expériences utilisant
des illusions d’optique.

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savoirs

TetiereNeuroscienceset « de l’autre race »Pourquoi nous L’eff
Pourquoi a t-on tant de mal à différencier les visages de personnes appartenant à une ethnie différente de la nôtre ? Est-ce à cause de stéréotypes ou
ne sommesde préjugés raciaux ? Il s’agirait plutôt d’un déficit d’expertise visuelle. En
pas tous
2010, Roberto Caldara et son équipe de l’université de Glasgow ont présenté
images de personnes d’origines diverses à des volontaires. Ils ont étudié
physionomistes desla réponse de l’aire fusiforme du visage, structure du cortex visuel très>>> par une ligne blanche horizontale.

AVEC L'ACCORD DES AUTEURS: MIELLET, CALDARA ET SCHYNS, PSYCHOLOGICAL SCIENCE, 2011

La partie supérieure des visages est toujours la même, contrairement à la partie
inférieure. Si l’on demande à des sujets
sains de se concentrer sur les moitiéssupérieures, ils les trouveront toutes
différentes, alors qu’elles sont… rigoureusement identiques ! Toutefois, cetteillusion perceptive n’a plus cours si l’on
présente les visages à l’envers ou si l’on
décale latéralement les deux moitiés qui
les composent. Autrement dit, dans desconditions normales, il serait impossible au cerveau de traiter une partie
d’un visage sans être influencé parl’autre partie. Chez les patients prosopagnosiques, en revanche, l’illusion
des visages composites ne se produit

impliquée dans la reconnaissance faciale. L’équipe a mis en évidence quela réponse de cette zone diffère selon qu’un individu se voit présenter desvisages de son ethnie ou d’une ethnie différente et ce dès 170 millisecondes
après la présentation de l’image. Par ailleurs, un groupe de chercheurs du
CNRS et de l’Inserm a montré en 2005 que des Coréens nés en France etn’ayant pas eu de contacts réguliers avec des compatriotes différenciaientdifficilement les visages asiatiques [1]. Le manque d’expérience et, parconséquent, d’expertise, serait donc au cœur de l’effet dit « de l’autre race ».
« En fait, le cerveau se spécialiserait très tôt pour ne traiter en détail que lesvisages familiers », précise Roberto Caldara.
[1] S. Sangrigoli et al., Psychol Sci, 16, 440, 2005.

pas. Pourquoi ? Probablement parceque ces personnes n’ont plus la facultéd’appréhender les visages de manière
globale. Elles se rabattraient alors surl’approche analytique, habituellement
utilisée pour la reconnaissance desobjets : « Mais pour les visages, cette voie
est trop lente et, par conséquent, inadap-

Brad Pitttée aux exigences de la vie sociale », commente Bruno Rossion.
L’illusion des visages composites
fonctionne cependant beaucoup moinsbien lorsque c’est le bas des visages qui
demeure identique et que le haut varie.
Pour Roberto Caldara, aujourd’hui àl’université de Fribourg, cela suppose

Les mouvements des yeux devolontaires caucasiens ont été
enregistrés lors de la reconnaissance de visages hybrides.
Lorsque l’observateur utilise
les informations locales, il fixe
davantage les yeux et labouche (en rouge). Lors d’une
reconnaissance globale, il fixe
le centre du visage (en bleu).
10

Stratégie
locale5William Macy

Qui reconnaissez-vous dans cette image ? Si vous voyez Brad Pitt(alors que seuls ses yeux ont été placés dans le visage de William
Macey), c’est que votre cerveau a employé une stratégie de reconnaissance centrée sur de l’information locale (comme 44 % des participants à cette expérience écossaise). Si vous voyez William Macy, vous
avez utilisé une stratégie globale (comme 51 % des participants).

010Stratégie
globale104 • La Recherche | JUILLET-AOÛT 2015 • Nº 501-502

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Visages hybrides. L’équipe est parvenue à cette conclusion en employant
la méthode iHybrid. Celle-ci consiste à
enregistrer les mouvements oculaires
d’une personne observant une image
qui se modifie de façon interactive. Danscette expérience menée à l’universitéde Glasgow, 12 volontaires devaientainsi identifier 18 visages « hybrides »résultant chacun d’une combinaisondes visages de deux stars du cinéma :Brad Pitt et William Macy, Tom Cruise
et Matt Damon… (voir p. 104). Lorsqueles sujets braquaient leur regard sur untrait du visage hybride « Pitt-Macy », parexemple l’œil droit ou la bouche, l’œil
droit ou la bouche de Brad Pitt apparaissait dans les 4 millisecondes, le reste
du visage étant celui de William Macy.
Dès lors, s’ils déclaraient avoir reconnu
Brad Pitt, c’est qu’ils avaient employé
une stratégie de reconnaissance desvisages centrée sur de l’information
locale. En revanche, s’ils désignaient
William Macy, ils avaient utilisé une
stratégie holistique. « En moyenne, unmême individu faisait usage, dans 51 %des cas, d’une stratégie fondée sur del’information globale. Cela se produisait
lorsque sa première fixation se portait surle centre du visage. Dans 44 % des cas, il
se servait d’une stratégie fondée sur del’information locale. Sa première fixa-

Le cerveau en action
Comment mesurer de façon objective
les réponses du cerveau pendant lareconnaissance visuelle des visages ?
En 1934, le médecin et électro­
physiologiste anglais Edgar Adrian,Prix Nobel de médecine en 1932, a
montré que si l’on présente au cer­veau des stimuli visuels à intervalles
fixes (par exemple, tous les quarts deseconde), la réponse physiologiquede l’aire impliquée dans cette tâchese synchronise avec la fréquence destimulation (4 hertz). Cette approchea été reprise par l’équipe de Bruno
Rossion, à l’université de Louvain,
en Belgique, qui l’a appliquée aux
images complexes.
Dans une des expériences, des images
différentes se succédaient sur unécran à raison de 6 par seconde.
Systématiquement, 4 images d’objets
précédaient une image de visage.
Deux fréquences étaient donc en
jeu : 6 hertz (6 images par seconde)
et 1,2 hertz (un visage toutes les
5 images ; 6 divisé par 5). Outre uneréponse à 6 hertz traduisant la visiond’une image, le cerveau des observa­
teurs allait-il produire une réponse à

1,2 hertz ? Il faudrait alors en déduire
qu’il discrimine les visages et les
objets, mais aussi qu’il a inclus dansune catégorie générale les visagesde personnes différentes. Tel a été
le cas chez tous les participants.
« Nous venons même de le vérifier chezdes enfants de 4 à 6 mois, preuve queleur cerveau fait bien la différence
entre des visages différents », rapporte
Bruno Rossion [1].
La zone la plus fortement impliquéedans la reconnaissance des objets
et des visages est la voie ventrale del’hémisphère droit, qui s’étend dupôle occipital au pôle temporal. Les
chercheurs de l’université de Louvain
ont enregistré la réponse physiolo­gique du cerveau tout au long de cettevoie. Ils ont montré que les réponses
à 6 hertz diminuent peu à peu en
amplitude et finissent par s’éteindredans les régions le plus en aval, tandis
que les réponses à 1,2 hertz subsistent.
La sélectivité du cerveau augmente
donc progressivement, les régions lesplus antérieures du cerveau ne répon­dant qu’aux seuls visages.
[1] B. Rossion et al., Journal of Vision, 15,1, 2015.

BRUNO ROSSION

que le haut du visage est plus importantdans les processus de reconnaissancefaciale et que le concept de traitement
holistique doit être relativisé. « Il manqueun modèle formel décrivant statistiquement l’importance des relations entre lesdifférents traits du visage », dit-il.
Le chercheur suisse estime que letraitement holistique des visages n’est
pas la seule stratégie que le cerveau utilise. Qui plus est, la reconnaissance desvisages serait flexible, modulée par laculture, la position de la première fixation du regard et les stratégies culturelles et/ou les préférences individuelles.
D’après des travaux [5] réalisés par songroupe en 2011, une même personne
recourrait, selon les cas, à une stratégie
holistique ou analytique. L’option retenue serait conditionnée par la position
de la première fixation du regard.

Les lésions cérébrales de patients souffrant d’incapacité à reconnaître
les visages – la prosopagnosie – peuvent être variables. Sur ces coupes
de cerveau vues de dessus, on voit la lésion unique ou dominante detrois patients, dans l’hémisphère droit.
tion avait alors pour cible un œil ou labouche », précise Roberto Caldara.
Les deux stratégies cohabiteraient
donc. Néanmoins, il est difficile de démêler l’écheveau. Par exemple, ces scoresdépendent de la taille du stimulus visuel.
De plus, Miguel Eckstein, de l’universitéde Californie à Santa Barbara, a montré que chez les Caucasiens, à de raresexceptions près, tout individu fixe initialement le regard au centre du visage
qu’il est appelé à identifier… n[1] C. Blais et al., Plos One, 3, e3022, 2012.
[2] R. Caldara et al., J Cogn Neurosci, 17, 1652, 2005.
[3] P. Cavanagh, Representations of Visions, Trends andTacit Assumptions in Vision, Cambridge University Press,
Cambridge.
[4] B. Rossion, Visual Cognition, 21, 139, 2013.
[5] S. Miellet et al., Psychol. Sci., 22, 1518, 2011.

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