Les mouvements oculaires rapides font plus que déplacer notre regard ; des expériences montrent que la distance parcourue par les yeux peut modifier les éléments d’une scène qui deviennent les plus visibles.
Étude : Ce que l’on voit dépend de la distance parcourue par l’œil. Crédit d’image : antoniodiaz/Shutterstock
Une étude récente dans la revue Communications naturelles examiné si l’amplitude des saccades, la distance parcourue par l’œil lors d’un déplacement rapide du regard, agit comme un filtre visuel qui modifie la visibilité relative des détails spatiaux grossiers et fins, façonnant ainsi activement la perception humaine au-delà de la sélection de l’emplacement.
Sommaire
Encodage dynamique des informations spatiales dans Vision
Les systèmes sensoriels présentent une sensibilité accrue à la variabilité des entrées, tirant parti de ces fluctuations pour construire des représentations sensorielles. Les variations des entrées sensorielles fournissent des indices critiques sur le mouvement des objets et la structure spatiale. Notamment, même les objets stationnaires induisent des signaux sensoriels dynamiques lors du mouvement de l’organisme, facilitant une localisation et une estimation précises de la forme.
Les informations spatiales résultant du mouvement personnel façonnent la perception à travers les modalités sensorielles. En vision, bien que les coordonnées spatiales soient intrinsèquement cartographiées sur la rétine, les modulations temporelles des mouvements des yeux ou de la tête ont principalement été examinées en relation avec la perception de la profondeur. Pourtant, la forte réactivité du système visuel aux changements d’entrée, associée aux micro-mouvements incessants des yeux, même pendant la fixation, indique que le codage dynamique des entrées est un mécanisme de traitement visuel essentiel.
La dérive oculaire convertit une scène visuelle statique en un flux de luminance spatio-temporel, fournissant des informations spatiales à haute résolution dans la bande de fréquence temporelle de sensibilité neuronale maximale. Les résultats expérimentaux démontrent que le système visuel utilise ces fluctuations pour coder des détails spatiaux fins, comme en témoigne une discrimination altérée des formes lorsque le mouvement de fixation est éliminé et par le couplage observé entre les modulations de fixation et la sensibilité visuelle.
Bien que la recherche se soit principalement concentrée sur la dérive oculaire, d’autres mouvements oculaires peuvent également impliquer un codage spatio-temporel dynamique. Les fréquences spatiales plus basses transmettent des formes larges et une structure grossière, tandis que les fréquences spatiales plus élevées transmettent des détails visuels plus fins. Les saccades, caractérisées par des déplacements importants et rapides de l’image rétinienne, génèrent des changements substantiels d’entrée aux basses fréquences spatiales, améliorant ainsi la sensibilité dans cette plage par rapport à la dérive oculaire.
La dynamique de traitement grossier à fin observée au cours du cycle saccade-dérive indique que le système visuel intègre les informations spatiales provenant à la fois des saccades et des dérives. Néanmoins, une lacune critique en matière de recherche persiste : l’effet précis de l’amplitude des saccades sur le profil de fréquence spatiale de la sensibilité visuelle post-saccadique reste inexpliqué.
Explorer le rôle de l’amplitude de saccade dans la vision
L’étude actuelle a impliqué 21 participants (12 hommes, 9 femmes ; âgés de 19 à 36 ans), dont 12 (7 hommes, 5 femmes) ont pris part aux expériences rapportées dans l’étude. Parmi eux, 9 (5 mâles, 4 femelles) ont accompli la tâche de saccade ordonnée (saccades 1° et 6°), et 6 ont également participé à la condition d’amplitude de 0,4°. Cinq (4 hommes, 1 femme ; âgés de 25 à 32 ans) ont rejoint l’expérience sur les images hybrides, dont 2 faisaient également partie du groupe principal. Quatre d’entre eux ont en outre participé aux expériences de simulation de saccade et de stimuli à large bande. Des données oculomotrices supplémentaires de 9 observateurs (âgés de 21 à 31 ans), préalablement collectées lors de la visualisation libre de scènes naturelles, ont été utilisées pour les analyses spectrales et comme référence. Tous les participants avaient une acuité visuelle non corrigée de 20/20 ou mieux.
Dans les expériences principales, les participants ont observé deux réseaux superposés et orientés différemment, l’un servant de référence fixe et l’autre de sonde à une fréquence spatiale inférieure ou supérieure. Lors de certaines sessions, ces réseaux ont été remplacés par des modèles de bruit orientés ou des images hybrides combinant des visages humains et des dessins animés à différentes fréquences spatiales. Les mouvements de l’œil droit ont été enregistrés à 1 kHz avec un eye-tracker Dual Purkinje Image, et la stabilisation de la tête a assuré la précision des mesures.
Chaque séance durait environ une heure et était organisée en blocs de 100 essais. L’étalonnage a utilisé une procédure en deux phases pour une localisation précise du regard. Les essais ont commencé par une fixation, suivie d’une rampe de contraste et d’un signal de saccade, l’amplitude et la direction variant selon l’expérience. Des rapports sur les mouvements oculaires et la visibilité des stimuli ont été collectés. Lors des sessions de saccade simulée, les réseaux se sont déplacés sur l’écran en fonction des traces de saccade préenregistrées, isolant ainsi la contribution du mouvement de l’image rétinienne des signaux extrarétiniens liés à la saccade.
L’amplitude de la saccade détermine la sensibilité visuelle dépendante de la fréquence spatiale
L’amplitude de la saccade a fortement influencé la sensibilité visuelle d’une manière dépendante de la fréquence spatiale en modulant les transitoires de luminance induits par la saccade. Les saccades, ou mouvements oculaires rapides, généraient des modulations de luminance déterminées par la fréquence spatiale du stimulus et l’amplitude de la saccade. Notamment, l’amplitude des saccades fournissait une forme de sélection distincte et complémentaire, filtrant efficacement les informations visuelles par fréquence spatiale en plus de les sélectionner par emplacement.
Les résultats ont montré que les saccades plus grandes produisaient une modulation de luminance plus forte dans une bande de basses fréquences spatiales dépendante de l’amplitude, améliorant ainsi la visibilité des sondes à fréquence spatiale inférieure par rapport aux saccades plus petites. Cette amélioration est restée robuste quels que soient les participants et les conditions expérimentales, a été reproduite avec un mouvement de saccade simulé et n’a pas été affectée par des différences mineures dans le temps ou la direction de réaction des saccades.
Conformément à cette analyse du signal rétinien, les mesures perceptuelles ont montré qu’une réduction de l’amplitude des saccades atténuait la sensibilité visuelle post-saccadique dans une plage de basses fréquences spatiales dépendante de l’amplitude, même de petits changements dans la taille des saccades affectant considérablement la visibilité.
Dans des expériences à choix forcé, les participants ont jugé la visibilité de deux réseaux superposés après avoir réalisé des saccades d’amplitudes différentes. Les résultats ont montré que les saccades plus grandes amélioraient sélectivement la visibilité des réseaux de fréquence spatiale inférieure, la sensibilité au contraste augmentant de 37 % en moyenne après 6° par rapport aux saccades de 1°. Ce résultat s’est également généralisé à des conditions de laboratoire plus complexes, notamment des stimuli à large bande, des amplitudes et des directions de saccades variables de manière imprévisible et des images hybrides naturalistes, où des saccades plus grandes favorisaient la composante basse fréquence, ce qui concorde avec une représentation initiale plus grossière de la scène.
Lorsque le réseau de sonde avait une fréquence spatiale plus élevée, les résultats expérimentaux ont indiqué que les saccades de 1° et 6° ne produisaient pratiquement aucune différence de visibilité. Ces résultats confortent l’idée selon laquelle les caractéristiques cinématiques des saccades dépendant de l’ampleur transforment le monde visuel en un flux spatio-temporel et que la visibilité post-saccadique suit de près les prédictions théoriques basées sur les informations spatiales véhiculées par les transitoires de saccade dans la bande passante temporelle de la sensibilité rétinienne.
Des expériences avec de très petites saccades (0,4°) ont révélé un schéma complémentaire : la saccade de 0,4° a amélioré la visibilité de la sonde à fréquence spatiale supérieure par rapport aux saccades de 1° et 6°, tout en produisant une visibilité de la sonde à fréquence spatiale inférieure similaire à celle de la saccade de 1°. Ensemble, ces résultats ont montré que les effets perceptuels des saccades étaient régis par l’interaction entre l’amplitude des saccades et la fréquence spatiale du stimulus.
Même de petits changements dans l’amplitude des mouvements oculaires ont eu des conséquences significatives sur la perception visuelle, confortant la conclusion selon laquelle les saccades guidaient non seulement la sélection basée sur la localisation, mais filtraient également les informations visuelles par échelle, façonnant activement l’expérience visuelle.
Conclusions
Les saccades sélectionnent non seulement les informations visuelles par emplacement, mais les filtrent également par fréquence spatiale, façonnant activement la perception visuelle. Même de petits changements dans la taille des saccades peuvent altérer considérablement la sensibilité visuelle, soulignant le rôle essentiel de la dynamique des mouvements oculaires dans le traitement visuel.
Les expériences impliquaient des groupes relativement petits de participants et ont été menées en grande partie dans des conditions de laboratoire étroitement contrôlées, bien que les effets soient cohérents entre les observateurs et étendus à des stimuli et à des conditions d’observation plus complexes.
Les recherches futures devraient déterminer si le filtrage dépendant de l’amplitude contribue à la suppression des saccades ou influence la planification des saccades dans des conditions d’observation naturelles. Les résultats soulèvent également la possibilité qu’une dynamique modifiée des saccades puisse contribuer à des différences de traitement visuel dans des conditions associées à des mouvements oculaires anormaux, bien que des études dédiées soient nécessaires pour tester ces hypothèses.
