Des recherches approfondies en neurosciences cognitives humaines ont permis une documentation détaillée de l’organisation fonctionnelle du cortex. Cette organisation représente des régions qui sont spécifiquement engagées dans des processus mentaux uniques. Par exemple, le cerveau d’un individu perçoit des visages, de la musique ou des scènes et les traite d’une manière spécifique, différente de celle d’une autre personne. Il est important de comprendre pourquoi le cerveau d’un individu traite d’une manière particulière et différemment des autres.
Sommaire
Arrière plan
Les rapports d’IRMf, les enregistrements intracrâniens et d’autres preuves de patients neurologiques ont démontré que la voie visuelle ventrale contient des régions spécifiques associées à la perception des visages, des corps, des scènes et des mots. Néanmoins, il est impératif de déterminer si ces régions sont les seules responsables du traitement des visages, des corps, des scènes et des mots perçus ou s’il existe d’autres régions de ce type qui n’ont pas encore été découvertes.
Des études antérieures sur la voie ventrale n’ont analysé qu’un nombre limité de catégories de stimulus et n’ont pas inclus toutes les régions de stimulation pertinentes utilisées par certaines populations neuronales. Étant donné que les recherches antérieures ont été largement motivées par des hypothèses, il existe une forte probabilité de manquer certaines populations neuronales avec des profils de réponse.
Les preuves disponibles basées sur les contrastes voxels se sont révélées inadaptées à l’identification des populations neuronales. La haute sélectivité de la population neuronale est masquée en raison de la tendance de l’IRMf à moyenner les signaux neuronaux, c’est-à-dire que les signaux neuronaux hautement sélectifs sont combinés avec les réponses d’autres populations neuronales résidant dans les mêmes voxels.
Une nouvelle étude
Dans une étude récente publiée dans Biologie actuelle, les scientifiques ont cherché à comprendre pourquoi le cerveau d’un individu contient des spécialisations particulières qui n’étaient pas répandues chez les autres. Dans cette étude, un ensemble complet de spécialisations corticales humaines était nécessaire, reflétant réellement l’organisation fonctionnelle du cortex.
La voie visuelle ventrale a été examinée de manière hypothétiquement neutre pour obtenir les profils de réponse neurale dominants de la région corticale humaine spécifique. Dans cette étude, des données accessibles au public récemment publiées sur les réponses de l’IRMf à des milliers d’images naturelles de huit participants ont été utilisées.
La méthodologie a surmonté les défis mentionnés ci-dessus dans les recherches précédentes. Il a classé la matrice des amplitudes de réponse de chaque voxel à chaque stimulus en un ensemble de composants correspondant à une population neuronale spécifique. Chaque composant a été défini par un profil de réponse spécifique à travers les stimuli. Une matrice de pondération décrivait à quel point un composant influençait la réponse de chaque voxel. Le principal avantage de cette méthode était qu’elle permettait de découvrir les principaux composants associés aux réponses neuronales dans la voie visuelle ventrale.
Résultats de l’étude
Un grand ensemble de données de réponses IRMf associées à des milliers d’images naturelles a été analysé. Un profil de réponse neuronale dominante a été déterminé dans la voie visuelle ventrale qui comprenait des réponses sélectives aux scènes, à la nourriture, aux corps, aux visages et au texte. Fait intéressant, en dehors de la nourriture, les quatre autres sélectivités ont été discutées précédemment, ce qui indique qu’elles sont des caractéristiques dominantes de la réponse neuronale dans la voie visuelle ventrale.
Pour la première fois, une nouvelle réponse neuronale pour la voie visuelle ventrale a été découverte, hautement sélective aux images de nourriture. Les résultats de cette étude ont fourni une caractérisation complète des profils de réponse neurale dominants des voies visuelles ventrales.
Le facteur qui s’est avéré être fortement corrélé avec la réponse des composants alimentaires était la saillance des aliments dans l’image. Fait intéressant, par rapport aux non-aliments de couleur chaude, les aliments de couleur froide ont induit une réponse de signal plus élevée. Même dans les paires de stimulus appariés par calcul, c’est-à-dire un aliment, un non-alimentaire, la sélectivité alimentaire du composant 3 (lié à l’alimentation) est restée persistante, ce qui a stimulé un schéma d’activation similaire dans les couches profondes d’un réseau neuronal convolutif pré-formé. (CNN).
Un modèle basé sur CNN pour le composant 3 a été développé pour la prédiction précise des réponses des composants aux stimuli. Ce modèle a été utilisé pour exécuter un total de 1,2 million d’images à partir d’ImageNet, et les 1000 premières ont été supposées produire la réponse la plus élevée. Fait intéressant, toutes les réponses étaient liées à la nourriture.
Une paire d’images alimentaires et non alimentaires visuellement similaires a été construite à la main, par exemple, une lune jaune et une banane, qui ont été parcourues par le nouveau modèle prédictif. Fait intéressant, les réponses prédictives pour les images alimentaires étaient significativement plus élevées que pour les images appariées non alimentaires. Cette constatation suggère fortement que le composant 3 répondait de manière sélective à toutes les caractéristiques visuelles liées à la nourriture. En conséquence, cette composante de la population neuronale a été considérée comme une composante alimentaire ventrale.
La couleur a joué un rôle important dans l’apprentissage spécifique au domaine de la nourriture et dans le développement d’un circuit cortical pour la discrimination visuelle des aliments. Il a été noté que le biais de couleur dans le choix des aliments se développe généralement tôt.
Conclusion
Dans l’ensemble, l’enquête neutre en hypothèse a révélé l’existence de populations neuronales sélectives pour les visages, le texte, les corps, les scènes et la nourriture. L’analyse de plusieurs images non superposées a indiqué les caractéristiques dominantes de l’organisation fonctionnelle de la voie visuelle ventrale. La nouvelle sélectivité des aliments soulève la question de ses origines développementales, de ses conséquences comportementales et de sa connectivité, qui doivent être étudiées à l’avenir.
