La vision est l’un des sens les plus fondamentaux, qui façonne la façon dont nous percevons, naviguons et interagissons avec le monde qui nous entoure. Pourtant, pour plus de 12 millions d’Américains vivant avec une déficience visuelle, même de petits déficits peuvent avoir un impact profond sur la vie quotidienne, limitant l’indépendance et la qualité de vie globale.
Les chercheurs reconnaissent depuis longtemps le potentiel de l’apprentissage perceptuel visuel (VPL) – un processus par lequel le cerveau améliore sa capacité à détecter des différences subtiles dans les stimuli visuels, tels que des motifs ou des orientations fins – pour améliorer la vision. Le VPL est déjà exploré dans des contextes professionnels tels que la radiologie, où la détection précise de légères anomalies dans les images médicales peut sauver des vies. Cependant, un défi important demeure : les améliorations de la perception visuelle grâce au VPL se limitent généralement à la partie exacte du champ visuel qui est entraînée, ce qui limite considérablement ses applications cliniques et pratiques plus larges.
Pour relever ce défi, Luke Rosedahl, Ph.D., chercheur principal, professeur adjoint au Département de génie biomédical du Collège d'ingénierie et d'informatique de la Florida Atlantic University, et boursier du Sensing Institute (I-SENSE), a reçu une subvention de 746 998 $ sur trois ans du National Eye Institute des National Institutes of Health.
La subvention soutiendra ses recherches visant à découvrir les mécanismes neuronaux qui permettent au VPL de se généraliser au-delà des conditions spécifiques dans lesquelles il est acquis. Le travail de Rosedahl se concentre sur la façon dont différentes formes d'attention – telles que l'attention basée sur les caractéristiques, qui se concentre sur des caractéristiques spécifiques des stimuli visuels, et l'attention spatiale, qui dirige l'attention vers des emplacements particuliers dans le champ visuel – interagissent pour permettre le transfert de l'apprentissage visuel vers des zones non entraînées.
Cette subvention représente une opportunité incroyable de faire progresser notre compréhension de la manière dont le cerveau apprend à voir et de la manière dont cet apprentissage peut être rendu plus adaptable. Notre objectif ultime est de comprendre les mécanismes qui permettent à l’apprentissage de la perception visuelle de se transférer à travers le champ visuel. En identifiant comment l'attention contribue à ce processus, nous pouvons développer des paradigmes de formation plus efficaces pour la réadaptation visuelle et potentiellement créer des systèmes d'intelligence artificielle qui imitent la remarquable capacité du cerveau humain à s'adapter et à apprendre de l'expérience visuelle.
Luke Rosedahl, Ph.D., membre du FAU Stiles-Nicholson Brain Institute
Le projet de Rosedahl utilisera une combinaison de modélisation informatique, d'imagerie cérébrale et d'analyse neurochimique pour étudier la manière dont les informations visuelles sont réorganisées au cours de l'apprentissage. La recherche examinera spécifiquement une technique connue sous le nom de « double formation », dans laquelle la formation sur une tâche secondaire apparemment sans rapport à un nouvel emplacement du champ visuel incite au transfert de compétences visuelles précédemment acquises vers cet emplacement. En intégrant des données provenant de mesures de performance comportementale, d'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) et de changements dans les concentrations de neurotransmetteurs mesurées par spectroscopie de résonance magnétique, le projet vise à développer un modèle unifié de traitement visuel, de VPL et d'attention.
« Nous espérons que ce modèle fera non seulement progresser les neurosciences fondamentales, mais constituera également une ressource précieuse pour la communauté scientifique plus large qui étudie l'apprentissage visuel dans des scénarios du monde réel », a déclaré Rosedahl.
Les implications de cette recherche sont considérables. Pour les personnes ayant une déficience visuelle, la capacité de généraliser l’apprentissage visuel dans tout le champ visuel pourrait améliorer considérablement l’efficience et l’efficacité des programmes de réadaptation. Pour les professionnels dans des domaines tels que la radiologie, la surveillance ou tout autre domaine reposant sur une discrimination visuelle nuancée, ces informations pourraient éclairer les méthodes de formation avancées qui améliorent la précision et les performances. En outre, les principes découverts dans cette recherche pourraient inspirer la conception de systèmes d’IA qui apprennent et s’adaptent de manière plus analogue à celle du cerveau humain, en particulier dans les tâches nécessitant un jugement visuel sophistiqué.
L'objectif de recherche à long terme de Rosedahl est de comprendre les interactions entre plusieurs processus visuels, notamment l'apprentissage des catégories, l'apprentissage de la perception visuelle et l'attention, afin d'optimiser à la fois les paradigmes d'entraînement et les stratégies de rééducation. Son travail s'appuie sur des découvertes antérieures selon lesquelles le VPL est généralement très spécifique à un emplacement, dans le but de découvrir comment des combinaisons de mécanismes d'attention peuvent surmonter cette limitation.
Au cours des trois prochaines années, Rosedahl et son équipe travailleront au décodage des processus neuronaux sous-jacents à l’apprentissage visuel flexible, ouvrant ainsi la voie à des interventions plus efficaces pour les personnes ayant une déficience visuelle et à de nouvelles approches de formation dans des domaines professionnels exigeant une expertise visuelle de haut niveau.
« Les travaux du professeur Rosedahl relèvent un défi fondamental en science de la vision avec un impact énorme sur le monde réel », a déclaré Stella Batalama, Ph.D., doyenne du Collège d'ingénierie et d'informatique. « En découvrant comment le cerveau peut généraliser l'apprentissage visuel, cette recherche pourrait transformer la réadaptation visuelle et la formation professionnelle, en redéfinissant ce qui est possible pour les personnes ayant une déficience visuelle et en faisant progresser notre compréhension de la perception humaine. Elle a également le potentiel d'inspirer des approches innovantes en matière d'apprentissage et d'adaptation chez les humains et les machines. »
