•      Nous avons vu dans le précédent article, que le gyrus fusiforme et surtout l’aire occipitale des visages contribuaient principalement à la reconnaissance des visages. Ils effectuent une reconnaissance faciale selon des critères précis.
        Si on rend plus difficile la recherche de ces critères, on aura davantage de difficultés à différencier deux visages : on peut s’en rendre compte en examinant ces deux visages à l’endroit et à l’envers. Dans le bon sens on s’aperçoit immédiatement qu’ils sont différents; vus à l’envers c’est plus difficile (voir photos ci-dessous)

    La reconnaissance des visages par le cerveau (2).
    La reconnaissance des visages par le cerveau (2).   Les neurobiologistes ont étudié la reconnaissance des visages grâce à des essais sur des singes au moyen d’IRM mais aussi d’électrodes implantées.

        On savait que les centres primaires d’interprétation de la vision réalisaient sur les neurones de ces centres une image correspondant à ce que voyait la rétine, en conservant les angles et les distances, et il en est donc ainsi pour les visages.
        A partir de cette image, les centres de reconnaissance des visages vont cataloguer un certain nombre de paramètres, angles, distances, couleur, texture de la peau etc. ceci pour divers organes : yeux, nez , bouche, front, menton, cheveux…
        Les chercheurs ont montré qu’il suffisait d’une cinquantaine de paramètres pour définir de façon satisfaisante un visage. ils ont déterminé les zones du gyrus fusiforme qui codaient ces paramètres et ont présenté aux singes des photos de visages humains inconnus et ont relevé les informations en provenance du cerveau des animaux, qu’ils ont traitées par un logiciel spécifique. Ils ont ensuite comparé l’image résultant du traitement des données des cerveaux aux images initiales des visages : la correspondance était presque parfaite. (voir ci-dessous) :

    La reconnaissance des visages par le cerveau (2).


        On considère donc que les centres de reconnaissance des visages vont cataloguer environ 200 paramètres, ce qui ne mobilise qu’un nombre restreint de neurones. Chaque ensemble de paramètres, qui correspond à un visage est ensuite mémorisé.paramètres,
       
        Les chercheurs ont essayé d’analyser les zones du gyrus fusiforme qui codaient ces paramètres; ils ont remarqué que ces zones étaient organisées comme les visages observés, les paramètres concernant la bouche près de ceux concernant le nez, les yeux, le front et les cheveux au dessus, le menton en dessous etc.
        C’est en quelque sorte une « image mentale » du visage. Par analogie avec le rétinotope, qui est l’image mentale dans les centres d’interprétation de la vue, des signaux de la rétine, on appelle cette image mentale du visage représentée par ses paramètres, le « faciotope ».

        Sur l’homme on ne peut mener que des études à l’aide d'IRM, qui ne peut enregistrer que le fonctionnement d’un nombre important de neurones. C’est la raison pour laquelle des études ont été menées sur des animaux, notamment des singes.
        On s’est aperçu d’une part que les animaux avaient des images mentales des autres animaux qu’ils rencontraient dans la nature, en tant que proie, mais surtout en tant que danger pour eux mêmes. D’autre part les singes qui ont  une vie sociale importante, non seulement identifient tous les visages du groupe, mais savent distinguer sur ceux-ci la tristesse, la colère, la peur et donc certaines émotions.
        Chez l’homme cette faculté est encore plus importante, en raison du développement plus important du cerveau émotionnel et surtout du cortex préfrontal.

        Toutefois nos connaissances sur la reconnaissance des visages chez l’homme est encore à ses débuts. Si on a avancé dans la connaissance du code du faciotope, on est encore loin de connaître comment le cerveau l’interprète, comment d’une part il reconnait sur un visage, le sexe de la personne, son ethnie ou son âge, et d’autre part comment il décode les émotions transmises par les traits du visage, qui sont interprétées par les centres de l’hémisphère droit.

    La reconnaissance des visages par le cerveau (2).    Il ne semble pas que l'on sache comment ensuite des informations codées sont stockées dans notre cerveau : deux zones s'activent toutefois lors de la mémorisation et du rappel de visages : une zone correspondant à la mémoire déclarative, c'est à dire celle des connaissances que l'on peut rappeler lorsque nous en avons besoin, et une autre zone qui correspond à la mémorisation des rapports sociaux. 
        Il reste encore beaucoup de travail pour les chercheurs.

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  •   Le cerveau de l’homme, comme celui de la plupart des mammifères est particulièrement doué pour reconnaître des visages.
       
    Certes quelques personnes ont une anomalie cérébrale qui inhibe cette qualité, et au contraire d’autres sont particulièrement doués, reconnaissant une personne bien qu’elle ne l’ait pas vue depuis de nombreuses années.

    La reconnaissance des visages par le cerveau (1).    Mais en moyenne nous avons une capacité importante dans ce domaine : il ne faut qu’un dixième de seconde pour reconnaître le visage d’une personne qui nous est familière, en moins d’une seconde nous savons que les deux visages de la photo ci-contre ne représentent pas la même personne, nous pouvons reconnaître une personne au milieu d’une foule, nous reconnaissons une personne dont nous avons vu une photo ou une vidéo (cette faculté est utilisée par la police), et nous savons si nous avons déjà vu une personne , même si nous ne nous rappelons pas où et quel est son identité.
        Cette faculté pourtant notable a jusqu’à présent assez peu intéressé les neurophysiologistes, mais des études ont néanmoins été menées dans ce domaine, et ont notoirement avancé en 2017.

        Je vais y consacrer deux articles, celui-ci indiquant quels sont les centres du cerveau qui contrôlent cette action et dans un prochain mail, je donnerai des indications sur le processus qu’ils utilisent.


        Dans le cerveau humain, comme le montre le schéma ci-dessous,  deux centres contribuent principalement à la reconnaissance des visages et d’autres centres participent à cette action au plan mémorisation, émotions et sentiments et contacts sociaux.
        Les deux principaux centres sont le gyrus fusiforme (FFA sur le schéma en anglais à l’origine : fusiform face area) et l’aire occipitale des visages (OCA occipital face area).

    La reconnaissance des visages par le cerveau (1).


        Le gyrus fusiforme gauche, qui fait partie du système d’interprétation visuelle, a un rôle complexe : à la naissance il est principalement orienté vers la reconnaissance sommaire des visage notamment celui de sa mère, puis de sa famille. Puis il apprend à reconnaître l’environnement, puis les objets et enfin la forme des lettres et des mots, comme le montre la figure ci-dessous.

    La reconnaissance des visages par le cerveau (1).

          Et lorsque l’enfant apprend à lire et à écrire une chose extraordinaire se produit : une partie de la zone destinée à la reconnaissance des visage et des animaux se transforme en une zone de reconnaissance des lettres et des mots écrits (en rouge sur le schéma).
     
    La reconnaissance des visages par le cerveau (1).   Pour pouvoir identifier des visages ou des objets vus sous divers angles, ces centres ont l'habitude de considérer que deux images symétriques "en miroir" correspondent à un même objet. Par exemple sur l'image ci contre le vélo et le triangle.

         Il y a donc un petit problème, car ce n'est pas vrai pour les lettres (b et d) et les mots (loup et quoi), par exemple.
         ll faut donc que l'enfant inhibe la réaction automatique de ces centres pour leur faire acquérir l'apprentissage de reconnaissance des lettres.
         Son cerveau frontal apprend à envoyer un signal qui bloque la fonction de miroir quand il décide de vouloir lire !
         Et il est possible que chez les enfants dyslexiques, qui ont du mal à différencier les lettres symétriques, cette fonction de blocage soit partiellement déficiente.

        L’aire occipitale des visages va reprendre le message de l’aire fusiforme, qui n’était pas assez précis et va le détailler afin de détailler les caractéristiques de l’image du visage , afin de pouvoir le reconnaître et le mémoriser. J’expliquerai dans le prochain article comment cette aire fonctionne. à la lumière d’études récentes de 2017.

        Une troisième aire, le sillon temporal supérieur (STS qui n’est plus dans le lobe occipital comme les deux autres),  est un centre qui intervient dans les relations sociales, pour identifier nos interlocuteur. Dans l’hémisphère gauche, il va identifier voix et visages en séparant familiers, connus et inconnus, et dans l’hémisphère droit il va reconnaître les émotions de la voix et du visage.

        Par ailleurs d’autres centres du cerveau , qui ne sont pas spécialisés dans le traitement des visages interviennent aussi :
        - l’amygdale qui intervient dans nos émotions et notamment la peur, la colère, le stress…
        - Le striatum est impliqué dans les comportements d’acceptation ou de rejets et il peut donc contribuer à associer des jugements sur la personne à son visage.
        - le précunéus, le cortex paracingulaire antérieur qui fait partie du cerveau émotionnel, sous le cortex frontal, et l’insula qui ont des rôles importants en matière de conscience et de conscience de soi, et dans la différenciation entre soi et les autres dans les rapports sociaux. Il est probable qu’ils facilitent la reconnaissance, la mémorisation et le souvenir de visage de personnes que nous connaissons.

        On ne connaissait pas la manière dont l’aire occipitale des visage travaillait et on a longtemps cru que quelques neurones étaient associés au visage de chaque personne connue (« le neurone de grand-mère »); en fait ce n’est pas exact, les neurones de cette aire effectuant une reconnaissance faciale de chaque visage selon des critères précis que nous examinerons dans le prochain article. C’est ce qu’ont démontré diverses études, dont certaines très récentes dont les résultats sont parus à l’été 2017.

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  • Nous avons vu quel était le rôle des aires primaires V1 et V2, des centres d’interprétation de la vision.
            Elles permettent de reconstituer dans leurs neurones une image en relief de ce qu’a vu l’œil et reçu la rétine, et donne en outre des éléments quant à l’éclairement, la couleur, les formes et les déplacement des objets regardés et de leur environnement.
            Nous allons maintenant voir le rôle des aires suivantes, V3 à V8.


            Le schéma ci-dessous montre les positions de ces différentes aires et leur rôle est le suivant :
    http://lancien.cowblog.fr/images/Cerveau2/centresvision.jpg

            L’aire V3 se sert des données de V1 et V2 pour analyser les formes des objets et de leur environnement, et cela aux différents instants successifs.
            L’aire V5 par des balayages successifs, repère les positions des sensations identiques à des instants différents et donc analyse les mouvements, et notamment les vitesses de déplacement, avec une correction par rapport à nos propres déplacements
             L’aire V4 est reliée surtout aux informations des cônes de la rétine et sert donc à l’interprétation des couleurs, à partir des colonnes sensibles.
             L’aire V6 est un relais de signaux.
             Les aires V7 et V8 sont le « Où » et le « Quoi » et nous allons en parler plus longuement
             L’aire LO est une représentation des deux hémisphères optiques pour identification des objets. Elle aide l’ « Quoi ? » à statuer, grâce à la vision stéréoscopique.

            Le schéma ci dessous représente le résultat final du traitement :
            • Un centre « où? », qui établit des cartographie des lieux vus, l’hémisphère gauche traitant l'espace droit et l’hémisphère droit, l’espace gauche et la synthèse. 
        L’aire V7 Où, est située sur le haut de la partie occipitale. Le traitement qui va de V1 et V2 à V7 est appelé la voie « dorsale »
            • Un centre « quoi ? », qui identifie les objets, l’hémisphère gauche traitant les détails et l’analyse et l’hémisphère droit, l’image globale, la structure et la reconnaissance des objets.
        L’aire V8 Quoi, est située sur le bas de la partie occipitale. Le traitement qui va de V1 et V2 à V8 est appelé la voie « ventrale »

    http://lancien.cowblog.fr/images/Cerveau1/3713885.jpg
            Ces deux centres communiquent avec le thalamus et l’hippocampe et avec les mémoires globales qui associent objets, images, sons, et les autres sens et également avec la mémoire lexicale qui associé les objets aux mots. 

            Les deux traitements dorsaux et ventraux sont relativement indépendant et ont des propriétés spécifiques.
            Le traitement ventral Quoi conditionne la mémorisation des objets et leur vison et le traitement dorsal Où conditionne leur préhension et donc la commande des muscles des mains notamment.
            On constate par exemple la chose étonnante suivante lorsqu’une maladie ou un accident ont détruit les neurones de la voie ventrale Quoi, sans altérer la voie dorsale Où : la personne ne voit plus les objets devant elle, et pourtant elle peut les prendre avec sa main. On pense donc que la vision de l’objet existe encore par la voie dorsale, mais qu’elle ne peut plus parvenir à la conscience et à la mémoire. Mais cette vision inconsciente en provenance de V1 et V2 et transmise et analysée par la voie dorsale est suffisante pour pouvoir saisir l’objet
            Tout se passe comme si nous avions deux systèmes d’interprétation de la vue ; l’environnement, le Où, et les objets, le Quoi.

            En définitive on peut résumer tout le traitement des centres de la vision dans le schéma ci-dessous :

    http://lancien.cowblog.fr/images/Cerveau2/cartesimages.jpg
                    Le thalamus joue un rôle très particulier dans la coordination des perceptions.
            Des neurones oscillateurs du tronc cérébral envoient dans le cerveau et notamment au thalamus des impulsions aux fréquences de 80 et 40 Hz, caractéristiques de l’éveil.
            Cette fréquence de 40 hz provoque dans d’autres centres la vigilance qui est un état de concentration, et l’attention qui focalise le cerveau sur une cible.
            Pendant le sommeil profond, elle est de 2 à 3 Hz et pendant le sommeil paradoxal et le  rêve, d’environ 30 hertz                                          
            Pendant l’éveil, les zones sensitives du cortex sont balayées toutes les 12,5 ms par un influx 80 Hz, émanant des neurones du thalamus, lequel active les neurones du cortex, qui renvoient les signaux de sensations à la fréquence de 40 Hz.
            Toutes les perceptions qui arrivent dans le même créneau de 12,5 ms, représentent le même environnement à l’instant t.
            Si un incident attire l’attention, cette fréquence est « remise à zéro » grâce au balayage à 80 Hz, ce qui permet une nouvelle perception.

           De plus Il y a rétroaction des aires d'interprétation, notamment V1 et V2 vers le thalamus, qui fait, à la demande, des opérations de filtration et qui par ailleurs communique avec les autres centres du cerveau et transmet les informations, notamment au cortex préfrontal (le patron et chef d’orchestre) et vers l'hippocampe (le chef d'orchestre de la mémoire)..

    http://lancien.cowblog.fr/images/Cerveau1/4059375.jpg

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  •  

               Dans le dernier article je vous ai parlé de l’acheminement du flux nerveux depuis l’œil et la rétine jusqu’aux centres primaires de traitement de la vision, qui se trouvent à l’arrière du cerveau, au-dessus de la nuque.
              Je vais maintenant vous montrer comment ces centres font ce traitement.

              L’aire primaire V1 est composée de colonnes de neurones, mais les signaux qui y arrivent ont fait l’objet auparavant d’un  tri et d’un aiguillage dans le thalamus. Des points de l’image que l’on regarde vont arriver, du fait du système optique de l’œil, sur deux points homologues des rétines de l’œil droit et de l’œil gauche, dont l’écartement est différent selon la distance des points de l’image. Le thalamus envoie ces informations à des colonnes à des profondeurs différentes, de telle sorte que l’on a sur les colonnes de l’aire V1 une « image en relief » de ce que voit l’œil. (la carte rétinotopique, voir figures ci dessous). 

     Les centres de traitement de la vision dans le cerveau (2)  Les centres de traitement de la vision dans le cerveau (2)      

             

     

     

     

                          

    Chaque colonne correspond aux signaux transmis par un neurone de la rétine, mais le thalamus à aménagé les faisceaux nerveux pour que deux colonnes adjacentes reçoivent les signaux des neurones de la rétine à des places identiques dans l’œil droit et dans l’œil gauche, qui se retrouvent donc côte à côte. 

              Chaque colonne de V1 contient six couches de neurones..
              Les signaux arrivent du thalamus sur la couche 4, et sont traités par les couches 1,2 et 3. Les couches 5 et 6 rassemblent les signaux œil droit, œil gauche, afin de créer une vision en relief en se servant des différences de positionnement en fonction de la distance. (voir figure de droite).
              La figure de gauche montre l’organisation des colonnes des couches 1, 2 et 3.  Sur la première face se succèdent les colonnes relatives à chaque neurone de la rétine, de l’œil droit et de l’œil gauche (en jaune).
              Si on examine la réponse des 24 neurones situés perpendiculairement aux couches, on voit qu’ils ne donnent une réponse que si le stimulus reçu a une certaine direction dans l’espace : cela veut dire que leur champ spatial n’est pas circulaire mais est ovale et l’axe orienté dans une certaine direction : l’axe de sensibilité va varier selon le neurone  et couvrir ainsi environ 24 directions possibles. (en marron)   
             De plus intercalés (en rouge), d’autres neurones, groupés en taches qui sont sensible à l’intensité lumineuse et à la couleur.

    Les centres de traitement de la vision dans le cerveau (2)Les centres de traitement de la vision dans le cerveau (2)

     

           

     

     

                La couche V2 de l’aire primaire est organisée de façon analogue, mais l’organisation est encore plus complexe, car, à coté des neurones sensibles à l’orientation, certains neurones vont détecter des changement brutaux de luminosité et donc être sensibles aux bords de formes, d’autres vont collationner les signaux de plusieurs neurones adjacents et être sensibles aux traits, aux  dimensions, et aux angles.

              Enfin des neurones vont collationner des signaux successifs et être sensibles au déplacement perpendiculaire à l’orientation de leur tache, un neurone étant sensible au déplacement dans un sens et un autre au sens opposé.

              Maintenant que nous connaissons l’arsenal élémentaire, voyons comment il permet la reconstitution de l’image à partir de cet ensemble de neurones des aires primaires V1 et V2, qui donnent en fait des réponses par tout ou rien ou par plusieurs degrés de stimulus.
            En associant l’orientation et les différences de luminosité et de contraste, et la détection des bords, les neurones sensibles aux traits vont reconstituer les traits et courbes de l’image et donc sa forme. Les neurones des tâches vont associer une couleur et une luminosité aux points étudiés.

    Dans le prochain article, nous examinerons le rôle des aires V3 à V8 de ce cortex visuel

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  •              Lors de nos études, ou dans la presse ou internet, on nous parle souvent de l’œil et des anomalies telle que myopie ou hypermétropie et ce qui nous atteint tous à partir d’un certain âge, la presbytie. Mais on ne nous parle jamais de l’interprétation de la vision par le cerveau et c’est pourtant un phénomène extraordinaire. 
              Je vais essayer de réparer ce manque, mais en plusieurs articles pour ne pas vous saturer et pour être plus clair.

              D’abord l’œil et la transmission jusqu’aux centres d’interprétation primaire situés à l’arrière du cerveau, au dessus de la nuque, via le thalamus qui est au centre du cerveau.
              Le schéma ci dessous, à gauche, vous montre une coupe de l’œil, dans laquelle on voit le cristallin, qui est une lentille organique souple, que l’on peut contracter grâce à des muscles appropriés.
              Les objets que l’on veut voir, ne sont pas tous à la même distance, et le cristallin se contracte plus ou moins, afin que l’image de l’objet se forme sur la rétine où des neurones vont capter la lumière correspondante, selon son intensité et sa fréquence, c’est à dire sa couleur (schéma de droite).

     

     

     

     

              En effet la rétine comprend deux sortes de cellules sensibles :

                 o Environ 5 millions de « cônes », de trois sortes, sensibles à des longueurs d’ondes rouge, verte ou bleue. Ils donnent donc une vision en couleurs et sont principalement présents dans la « fovéa » au centre de la rétine, où la densité de cellules est beaucoup plus forte, pour voir les détails de l’objet que fixe l’œil.
                         o Environ 100 millions de « bâtonnets » répartis dans toute la rétine, qui ne sont sensibles qu’aux différences d’intensité lumineuse (donc en niveaux de gris).

               Les informations sont envoyées par les nerfs optiques de chaque œil, mais les axones côté nasal se croisent dans le « chiasma optique », de telle sorte que les informations des deux yeux sur la vision à droite est traitée par l’hémisphère gauche, et sur la vision à gauche par l’hémisphère droit. Elles passent ensuite par le thalamus, et plus particulièrement une partie de ce centre que l’on appelle le « corps genouillé » (cf. schéma ci dessous).

               Le thalamus fait un pré-traitement des informations qui permet de rapprocher le signal de précédentes visions en mémoire et il transmet immédiatement l’information aux centres amygdaliens, qui réagiront s’il y a danger, sans attendre une interprétation plus évoluée. La vision dans le thalamus est assez sommaire : elle analyse - très vite - une image dans ses formes générales floues. Cette image peu détaillée détermine cependant de nombreux comportements immédiats en cas de danger.

               En même temps  le thalamus transmet aussi le signal aux centre d’interprétation situés à l’arrière du cerveau, mais ceux-ci mettront plus longtemps à traiter l’information car l’information va subir des traitements dans plusieurs « étages » de neurones.
              Leur information traitée sera ensuite envoyée via le thalamus au cortex préfrontal pour qu’il ait conscience de ce que l’on a vu, et également à l’amygdale qui va modifier éventuellement sa réaction première.
             Ainsi lorsqu'on voit une forme allongée sur le sol, le thalamus interprète comme un serpent et active immédiatement les réactions corporelles qui sont pour lui l’émotion, le danger, la peur, la défense .… Le cortex visuel peut ensuite analyser plus finement et réaliser que ce n'était qu'un tuyau d'arrosage ou une racine et limiter ou moduler l'action de l’amygdale.

    Dans le prochain article j’examinerai le traitement des aires primaires de la vision.

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