Notre perception visuelle du monde est souvent considérée comme relativement stable. Cependant, comme toutes nos fonctions cognitives, le traitement visuel est façonné par nos expériences. Au cours du développement et de l’âge adulte, l’apprentissage peut modifier la perception visuelle. Par exemple, l’amélioration de la discrimination visuelle de motifs similaires est une compétence apprise essentielle pour la lecture. Dans une nouvelle étude publiée dans Biologie actuelle, les scientifiques ont maintenant découvert les changements neuronaux qui se produisent pendant l’apprentissage pour améliorer la discrimination des images visuelles étroitement liées.
Cette étude, dirigée par le premier auteur, le Dr Joseph Schumacher, et l’auteur principal, le Dr David Fitzpatrick du Max Planck Florida Institute for Neuroscience, établit une approche transformatrice pour étudier l’apprentissage perceptuel dans le cerveau. Les chercheurs ont imagé l’activité d’un grand nombre de neurones uniques au fil des jours pour suivre les changements qui se produisent lors de l’apprentissage d’une tâche de discrimination visuelle, réalisant ces expériences dans un nouveau modèle animal, la musaraigne arboricole.
La musaraigne arboricole est un petit mammifère avec des propriétés visuelles proches de celles de l’homme, notamment un degré élevé d’acuité visuelle et une disposition spatiale ordonnée similaire de neurones visuellement sensibles dans le cerveau. Comme le montrent les chercheurs, ces animaux peuvent également apprendre des tâches comportementales complexes, ce qui les rend idéaux pour comprendre comment l’expérience façonne la perception visuelle. Dans cette étude, des musaraignes arboricoles ont été entraînées à faire la distinction entre des images visuelles très similaires : des lignes noires identiques qui ne différaient que par un petit changement d’orientation (22,5 degrés). Dans la tâche, la présentation des lignes à une orientation a été récompensée par une goutte de jus. Au fil des jours, les musaraignes arboricoles ont appris à faire la distinction entre les deux images visuelles similaires, léchant uniquement en réponse aux lignes à l’orientation récompensée et retenant le léchage des lignes à l’orientation non récompensée.
Les scientifiques ont combiné cette tâche comportementale avec des mesures de l’activité neuronale en V1, une zone du cerveau essentielle au traitement visuel. Les neurones de cette zone sont activés par des caractéristiques spécifiques de l’entrée visuelle, telles que l’orientation des bords clair-foncé. Les neurones individuels montrent une «préférence» pour des orientations de bord spécifiques, répondant avec l’activité la plus élevée à ces orientations et avec une activité progressivement plus faible ou aucune activité aux bords orientés plus loin de l’orientation préférée. De cette façon, une scène visuelle qui a des bords avec des orientations différentes active des sous-ensembles particuliers de neurones pour générer un modèle d’activité neuronale qui code les informations nécessaires à la perception visuelle.
Schumacher et ses collègues ont découvert que l’apprentissage de la discrimination visuelle chez la musaraigne arboricole s’accompagnait d’une amélioration de la différence dans les modèles d’activité neuronale évoqués par les deux images visuelles. Cela était principalement dû à une augmentation de la quantité d’activité neuronale en réponse à la présentation de l’orientation du stimulus récompensé par rapport à l’orientation non récompensée. Mais ce n’était pas seulement une augmentation générale des réponses neuronales au stimulus récompensé. Lorsque les scientifiques ont examiné les changements de plus près, ils ont découvert que cela était dû à des changements dans l’activité d’un sous-ensemble remarquablement spécifique de neurones : ceux dont la préférence d’orientation était optimale pour distinguer l’orientation du stimulus récompensé du stimulus non récompensé.
Pour bien comprendre l’effet de l’apprentissage sur la perception visuelle, les auteurs ont ensuite cherché à savoir si les changements dans l’activité neuronale qui amélioraient la discrimination visuelle persistaient en dehors du contexte de la tâche apprise. Fait intéressant, ils ont découvert que les changements neuronaux non seulement persistaient, mais s’accompagnaient de changements dans les capacités de la musaraigne dressée à effectuer d’autres discriminations. Cela comprenait à la fois des améliorations pour certaines orientations de stimulus et des déficiences pour d’autres ; des changements de comportement qui correspondaient exactement à ce à quoi on pouvait s’attendre compte tenu des changements dans les réponses de ce sous-ensemble spécifique de neurones.
« Ce travail démontre des changements spécifiques induits par l’expérience dans l’activité des neurones qui ont un impact sur la perception des stimuli visuels, améliorant les discriminations pertinentes pour l’exécution des tâches au détriment d’autres discriminations connexes », explique le premier auteur Joe Schumacher. Maintenant, le laboratoire a pour objectif de combiner cette approche avec de nouvelles technologies pour déverrouiller la séquence et les changements qui se produisent dans plusieurs types de neurones afin de faciliter l’apprentissage perceptif. En sondant ces questions dans le système visuel de la musaraigne arboricole, les scientifiques du laboratoire Fitzpatrick découvrent de nouvelles connaissances fondamentales sur l’apprentissage perceptuel qui pourraient avoir un impact sur notre compréhension d’un large éventail de troubles de l’apprentissage.
