Pourquoi nos images mentales restent-elles tranchantes même lorsque nous nous déplaçons rapidement? Une équipe de neuroscientifiques dirigée par le professeur Maximilian Jösch à l'Institut des sciences et de la technologie L'Autriche (ISTA) a identifié un mécanisme qui corrige les distorsions visuelles causées par le mouvement chez les animaux. L'étude, menée chez des souris, identifie une fonction de base qui peut être généralisée à travers le système visuel des vertébrés, y compris des primates tels que les humains. Les résultats sont publiés dans Neuroscience de la nature.
Malgré son développement rapide au cours des dernières décennies, l'industrie de la caméra vidéo rattrape toujours les capacités de l'œil humain. En particulier, les cames d'action sont conçues pour capturer des images tout en étant immergées dans l'action. Alors que nous jugeons la qualité des images et la nécessité d'équipement de fantaisie et de logiciels d'optimisation en fonction des capacités de l'œil humain, une question se pose: comment nos yeux le font-ils si bien?
Des chercheurs dirigés par le professeur Maximilian Jösch à l'Institut des sciences et de la technologie Autriche (ISTA) ont maintenant répondu à cette question avec un tour de force technique. Les trois scientifiques et co-premier auteurs Tomas Vega-Zuniga, Anton Sumser et Olga Symonova ont combiné une gamme de techniques de pointe pour identifier une région cérébrale de la souris qui peut prédire et minimiser la façon dont les mouvements déforment le signal visuel . Cette région du cerveau, résidant profondément dans le cerveau, copie littéralement le moteur du cerveau pour supprimer les distorsions induites par le mouvement. « Nous montrons que la correction de l'image se produit très tôt pendant le traitement visuel, avant que les informations soient transmises à d'autres zones du cerveau qui sont connues pour représenter des caractéristiques visuelles plus complexes », explique Jösch. « Ainsi, nous démontrons que le cerveau des mammifères élabore des stratégies pour compenser efficacement le mouvement en prédisant ses effets sur la vision. »
Sommaire
Formule 1 images sans postproduction
Les scientifiques ont identifié le « noyau géniculé latéral ventral » (VLGN) comme la région du cerveau responsable de ce logiciel d'optimisation vidéo de haute technologie intégré. Il est situé dans le thalamus latéral, une structure en forme d'oeuf au centre du cerveau, sous le cortex cérébral. Les chercheurs ont constaté que le VLGN intègre divers signaux moteurs et sensoriels de tout le cerveau et agit comme un centre pour calculer un signal correctif complet. Un exemple est le «non-problème» des signaux visuels dès que l'œil se déplace. Cela permet de calculer les stades ultérieurs du traitement visuel beaucoup plus efficacement. « Pensez aux stratégies pour obtenir de bonnes séquences vidéo lors d'une course de Formule 1. Parce que les voitures se déplacent si vite, le temps d'exposition doit être réduit pour rendre les images finales moins floues », explique Jösch. Ces images peuvent être diffusées en direct à la télévision sans aucune post-production. C'est à peu près ce que le VLGN fait pour nous aider à distinguer notre propre mouvement de celui du monde qui nous entoure. Cependant, contrairement à une caméra stationnaire montrant les voitures qui courent, le VLGN du cerveau traite des signaux de la même manière que les images à bord de la Formule 1, compensant dynamiquement le mouvement pour stabiliser ce que nous percevons.
Une fonction centrale qui a volé sous le radar
Des travaux antérieurs ont recherché un mécanisme qui ajuste efficacement la vision pendant le mouvement. Une grande partie de ce travail s'est concentrée sur l'étude des mouvements oculaires saccadiques chez les primates. Les saccades sont des changements rapides du centre de regard d'une partie du champ visuel à un autre, un mouvement qui devrait théoriquement floue ou créer une image mentale mais ne le fait pas toujours. Cependant, ces études se sont concentrées sur les structures corticales qui sont impliquées dans des stades beaucoup plus tard de la voie de traitement visuel. Par opposition à cela, notre système sensoriel est constamment «bombardé» par divers types de mouvements. Ainsi, plus le cerveau peut compenser le mouvement de la vision, mieux c'est, explique Jösch. « Nos résultats n'ont probablement pas été observés jusqu'à présent parce que nous avions examiné les étapes de la voie de traitement visuel où l'image avait déjà été corrigée. » Maintenant, les scientifiques ISTA émettent l'hypothèse que leurs résultats sur le VLGN chez la souris représentent une fonction centrale dans le cerveau des mammifères. « Des structures similaires existent chez les primates, et c'est très probablement le cas pour les humains aussi. Cela rend nos résultats très excitants », explique Jösch.
Un système de réalité virtuelle pour image le cerveau in vivo
Parmi les technologies de pointe, les scientifiques de l'ISTA utilisés figuraient un microscope d'imagerie en calcium à deux photons sur mesure. Cette technique permet à l'équipe de mesurer l'activité neuronale VLGN dans le cerveau intact pendant que les souris sont éveillées et se comportent normalement dans un système de réalité virtuelle.
Avec cette configuration, nous pouvons examiner le cerveau d'une souris et observer l'activité des nerfs VLGN pendant que les souris se promènent dans un monde virtuel. «
Professeur Maximilian Jösch, Institut des sciences et de la technologie Autriche
En utilisant cette méthode, l'équipe a découvert que le VLGN reçoit des copies très spécifiques des instructions comportementales qui peuvent être utilisées pour «débarquer» les distorsions visuelles pendant le mouvement. « Ce document était un véritable tour de force technique, en utilisant plusieurs approches pour acquérir une compréhension complète du rôle du VLGN dans le cerveau de la souris », explique Jösch. « Nous sommes ravis de voir où les études de suivi nous mèneront. »
Informations sur les études animales
Pour mieux comprendre les processus fondamentaux, par exemple, dans les domaines des neurosciences, de l'immunologie ou de la génétique, l'utilisation d'animaux dans la recherche est indispensable. Aucune autre méthode, comme les modèles Silico, ne peut servir d'alternative. Les animaux sont augmentés, conservés et traités selon des réglementations strictes.
