Contribution of central and peripheral vision to the categorization of scenes
Etude de la contribution de la vision centrale et de la vision périphérique lors de la catégorisation de scènes
Résumé
The human visual system is particularly efficient at quickly understanding most of the visual environment despite its complexity. A first global and rudimentary representation of a visual scene would be possible with the rapid processing of the low spatial frequencies (LSF) of the visual signal. This first representation would also be used to very quickly generate predictions about the visual environment in order to anticipate and guide a more detailed analysis of the scene based on high spatial frequency (HSF) processing. Since LSF are mostly extracted in the peripheral retina, we hypothesized that predictions are mostly generated based on information available in peripheral vision. This led us in this doctoral thesis to compare visual processing in central and peripheral vision during scene categorization. To this end, we conducted several behavioral experiments in young adults with normal vision. First, we tested the categorization of hybrid images superimposing two different scenes, one in LSF and the other in HSF. We showed that the categorization of the HSF scene was better when the LSF scene was semantically congruent than incongruent, suggesting that LSF information, even when irrelevant for categorization, was automatically processed to guide HSF processing. This effect was stronger when the hybrid images were presented in peripheral vision than in central vision. We also tested the categorization of images revealing different parts of the same scene through circular rings of different retinal eccentricities. We observed that categorization performance was better for the most peripheral rings, suggesting that despite their low spatial resolution, the information available in peripheral vision is more useful than information available in central vision to categorize a scene very quickly. We then showed that the categorization of the central part of a scene was better when a semantically congruent peripheral ring was presented simultaneously than when an incongruent one was presented. Thus, the information available in peripheral vision would automatically guide the processing performed in central vision. Finally, we investigated the consequences of peripheral vision loss on scene categorization by conducting a behavioral experiment in patients with primary open-angle glaucoma (POAG). We tested hybrid image categorization in the patients' central vision and observed that the influence of LSF on HSF scene categorization decreased with the disease progression and progressive loss of stimulation in peripheral vision. All of this thesis work demonstrates the primordial role of peripheral vision in scene categorization and supports the predictive role of peripheral vision to guide the analysis of information present at the point of visual fixation.
Le système visuel humain est particulièrement efficace pour saisir rapidement l’essentiel de l’environnement visuel, et ce en dépit de sa complexité. Une première représentation globale et rudimentaire d’une scène visuelle serait possible grâce au traitement rapide des basses fréquences spatiales (BFS) du signal visuel. Cette première représentation servirait également à générer très rapidement des prédictions sur l’environnement visuel afin d’anticiper et guider une analyse plus minutieuse de la scène qui repose sur le traitement des hautes fréquences spatiales (HFS). Étant donné que les BFS sont majoritairement extraites par la rétine périphérique, nous avons défendu l’hypothèse que les prédictions sont majoritairement générées sur la base des informations disponibles en vision périphérique. Ceci nous a amené dans ce travail de thèse à confronter les traitements réalisés respectivement en vision centrale et vision périphérique lors de la catégorisation de scènes. Nous avons pour cela mené plusieurs expériences comportementales auprès de jeunes adultes avec une vision normale. Nous avons tout d’abord testé la catégorisation d’images hybrides superposant deux scènes différentes, une en BFS et l’autre en HFS. Nous avons montré que la catégorisation de la scène en HFS était meilleure lorsque la scène en BFS qui se superposait était sémantiquement congruente qu’incongruente suggérant un traitement automatique de l’information en BFS, même lorsqu’elle n’est pas explicitement utile à la catégorisation, pour guider le traitement des HFS. Cet effet était plus fort lorsque les images hybrides étaient présentées en vision périphérique qu’en vision centrale. Nous avons également testé la catégorisation d’images révélant différentes parties d’une même scène à travers des anneaux circulaires de différentes excentricités rétiniennes. Nous avons observé que les performances de catégorisation étaient meilleures pour les anneaux les plus périphériques suggérant que malgré leur faible résolution spatiale, les informations disponibles en vision périphérique sont plus utiles et plus efficaces que celles disponibles en vision centrale pour catégoriser très rapidement une scène. Nous avons ensuite montré que la catégorisation de la partie centrale d’une scène était meilleure lorsqu’on présentait simultanément un anneau périphérique sémantiquement congruent qu’incongruent. Ainsi, les informations disponibles en vision périphérique guideraient automatiquement les traitements réalisés en vision centrale. Nous avons enfin étudié les conséquences d’une perte de la vision périphérique sur la catégorisation de scènes en menant une expérience comportementale auprès de patients atteints d'un glaucome primitif à angle ouvert (GPAO). Nous avons testé la catégorisation d’images hybrides dans la vision centrale des patients et nous avons observé que l’influence des BFS sur la catégorisation de scènes en HFS diminuait avec l’avancée dans la maladie et la perte progressive de stimulation en vision périphérique. L’ensemble de ces travaux de thèse démontre le rôle primordial de la vision périphérique dans la catégorisation de scènes et supportent le rôle prédictif de la vision périphérique pour guider l’analyse de l’information présente au point de fixation visuelle.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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