Une première vague de potentiels d'action, une première vague idée de la scène visuelle - rôle de l'asynchronie dans le traitement rapide de l'information visuelle. - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2000

Surfing a spike wave down the ventral stream - on the role of spike asynchrony in rapid visual information processing.

Une première vague de potentiels d'action, une première vague idée de la scène visuelle - rôle de l'asynchronie dans le traitement rapide de l'information visuelle.

Rufin Vanrullen

Résumé

The speed with which the human visual system can analyze a complex visual scene constitutes a fundamental biological constraint for theories of neuronal information processing. Psychophysics and electrophysiology measures during a rapid visual categorization task show that the visual system can activate a high-level representation of the visual input in only 150 ms. This holds for natural as well as artifactual target categories. Cerebral activity can be recorded as early as 75 ms post-stimulus, but mostly reflects the physical properties of the stimulus, whereas activity after 150 ms is clearly related to the subject's behavior. From a theoretical viewpoint, what neural mechanisms could underly such a capacity?
The hierarchical organization of the primate visual system, as well as the electrical conduction delays, suggest that information transmission should be essentially feed-forward, and that only one spike for each neuron can encode information between 2 successive processing stages. This rules out spike firing rate codes, classically used in vision connectionnist models. I suggest instead that visual information can be encoded by the relative spike firing times over a population of neurons, the most salient information always being represented by the first spikes. The temporal structure of the first wave of spikes generated by the retina in response to a visual stimulation can carry information explicitely. This spike wave, propagating through the system, is regenerated at each processing stage, and its temporal structure can be modified by (i) the cortical neurons' selectivities, (ii) lateral interactions and (iii) top-down attentional influences from central cortical areas. The concept of temporal asynchrony inside a single spike wave allows to consider in a unique theoretical framework the fundamental and complementary notions of neural information coding and representation, visual saliency and spatial attention.
La durée d'analyse d'une scène visuelle complexe constitue une contrainte biologique fondamentale pour les modèles théoriques du traitement neuronal de l'information visuelle. La mesure d'indices psychophysiques et électrophysiologiques lors d'une tâche de catégorisation visuelle rapide permet de démontrer que le système visuel humain transforme une scène visuelle complexe en une représentation de haut niveau, portant une valeur sémantique ou comportementale, en seulement 150 ms. Ce résultat est indépendant du caractère naturel ou artificiel de la catégorie cible utilisée. L'activité cérébrale enregistrée avant 150 ms reflète les propriétés physiques du stimulus, et n'est pas corrélée avec le comportement du sujet. D'un point de vue théorique, quels mécanismes neuronaux peuvent sous-tendre une telle capacité?
L'architecture hiérarchique du système visuel des primates et les délais de conduction électrique suggèrent que l'information visuelle circule majoritairement vers l'avant, et qu' un seul potentiel d'action par neurone pourra coder l'information entre 2 étapes successives. Ceci exclut le codage par fréquence d'émission de potentiels d'action, classiquement utilisé par les modèles de la vision. J'illustre cependant le fait que l'information visuelle peut être encodée par les dates relatives d'émission des potentiels d'action sur une population neuronale, l'information la plus saillante étant toujours représentée par les premières décharges. La structure temporelle de la première vague de potentiels d'action générée par la rétine en réponse à une stimulation visuelle peut porter explicitement l'information. Cette vague se propageant à travers le système est régénérée à chaque étape de traitement, et sa structure temporelle peut être modifiée par (i) la sélectivité des neurones corticaux, (ii) des interactions latérales et (iii) des influences attentionnelles provenant d'aires cérébrales centrales.
Fichier principal
Vignette du fichier
vanrullen_r_00_these.pdf (4.5 Mo) Télécharger le fichier

Dates et versions

tel-00078702 , version 1 (07-06-2006)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00078702 , version 1

Citer

Rufin Vanrullen. Une première vague de potentiels d'action, une première vague idée de la scène visuelle - rôle de l'asynchronie dans le traitement rapide de l'information visuelle.. Neurosciences [q-bio.NC]. Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2000. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00078702⟩
164 Consultations
502 Téléchargements

Partager

Gmail Facebook X LinkedIn More