Le cortex visuel (1) : l'aire V1

Nous allons essayer de comprendre maintenant comment sont interprêtés les signaux de la rétine de l’œil, qui arrivent par le nerf optique, après avoir été triés et relayés dans le corps genouillé du thalamus.
Ces signaux arrivent dans le cortex occipital, à l’arrière du cerveau, dans lequel se trouve cinq aires principales V1 à V5 (en fait il y en a un peu plus mais ce serait encore plus compliqué à expliquer). Ce cortex visuel comprend environ 5 milliards de neurones, sur les 25 du cortex total et les 100 milliards de neurones du cerveau

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    Pour en expliquer le fonctionnement j’ai fait le schéma ci dessus, très simplifié. Dans la réalité les connexions entre aires sont beaucoup plus complexes, mais nous pouvons comprendre le fonctionnement de ce cortex à partir de ce schéma.

    Nous allons aujourd'hui examiner le rôle de l’aire V1, appelée aires primaire du cortex visuel

    Rappelons d’abord que, de chaque œil partent deux demi nerfs optique qui regroupent les stimuli de la partie gauche et de la partie droite du champ vi-uel et que les deux demi-nerfs optiques des champs situés vers le nez, se croisent dans le chiasma optique (voir l’article d'avant-hier), de telle sorte que tout le champ gauche de vision va être observé par la partie de l’aire V1 située dans l’hémisphère droit, alors que la partie droite du champ visuel sera observée par la partie de l’aire V1 située dans l’hémisphère gauche et cela pour les deux yeux.

L’aire V1 est reliée par l’intermédiaire du corps genouillé du Thalamus aux neurones ganglionnaires de la rétine, c’est à dire que chaque zone de la rétine correspondant aux cônes ou bâtonnets reliés à une cellule ganglionnaire, est reliée à un ensemble de neurones de l’aire V1 primaire du cortex visuel, et cela en respectant la position géographique sur la rétine, et donc la position dans le champ de vision et donc celle des points vus donc des objets et de leur environnement).
Il résulte de cela que les stimuli de ces groupes de neurones vont représenter sur le cortex V1 une image fidèle du champ visuel, c’est à dire de ce que voient les deux yeux, comme le montre le schéma ci dessus, où l’on a transforme ces stimuli des neurones de V1, prélevés sur le cerveau d’un singe par des électrodes, en une image sur un écran et celle ci est identique à l’objet qui était vu.

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    Cette image est toutefois un peu distordue et inhomogène en qualité : comme on l’a dit dans les articles précédents 10% des neurones de la V1 correspondent à l’interprétation des images de la fovéa qui ne représente que 0,01% du champ visuel, et on a alors une grande précision et netteté, alors que le reste du champ visul est de plus en plus flou à mesure que l’on s’éloigne du champ de vision, mais cela permet les alertes et que le cortex préfrontal oriente alors notre vision, pour que l’endroit correspondant à l’alerte soit alors vu en détail.

    Essayons maintenant de comprendre le processus complexe de formation de cette image, en le simplifiant
    L’aire V1 comprend six couches de neurones superposées, et chaque point du champ de vison correspond à une « colonne » dans ces six couches.
    Les signaux provenant du thalamus arrivent sur la couche du milieu IV et à partir de ces neurones, ils sont transmis vers les couches I à III qui vont analyser les signaux de chacun des deux yeux, et vers les couches v et Vi qui regroupent les signaux des deux yeux pour permettre la vison « en relief » (par l’appréciation des distances).
    Le schéma ci-dessus à gauche, montre cette organisation.

    Voyons maintenant comment est organisée une « colonne » de neurones, correspondant à l’analyse d’un point du champ visuel. Les schémas ci dessous permettent d’en décrire un fonctionnement simplifié.

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   D’abord comme on le voit sur celui de gauche pour chaque point du champ visuel, on a côte à côte, pour les couches 1 à 5, deux colonnes correspondant aux signaux de chacun des deux yeux. La couche 5 les rassemble et dans la couche six une seule colonne regroupe les signaux des deux yeux pour traiter le relief.
    Comme le montre la deuxième figure à droite, si sur certains neurones analogues au plan position, on examine la réponse de ceux 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.
    Au contraire, si l’on se place perpendiculairement aux couches on va trouver des neurones dont l’axe de sensibilité va varier selon le neurone et couvrir ainsi environ 24 directions possibles, correspondant aux directions de la lumière arrivant sur la rétine.

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    La troisième figure montre l’organisation des colonnes correspondant à un point du champ visuel, avec les neurones à orientation en marron et intercalés en rouge d’autres neurones, groupés en taches qui sont sensible à l’intensité lumineuse et à la couleur.
    En fait l’organisation est encore plus complexe, car, à coté des neurones sensibles à l’orientation, certains neurones vont détecter des changement brutaux de lumlinosité 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 détectione, 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 qui donne 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 aux points étudiés.

    Ces processus ont été beaucoup étudiés et on trouve de nombreuses publications qui décrivent le détail du fonctionnement et les connexions entre diverses sortes de neurones, le type de signal transmis, les neurotransmetteurs utilisés. Mais ces articles sont vite très complexes et peu compréhensibles pour un non spécialiste car trop détaillés.

   Demain nous examinerons le rôle des aires V2 à V7 de ce cortex visuel

Le cortex visuel (1) : l'aire V1

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