1 février 2006
La Jolla, Californie – Pour la première fois, des scientifiques ont pu entrevoir le cerveau alors qu’il prédisait en temps réel l’emplacement futur d’un objet en mouvement rapide.
La vision semble si facile : nous ouvrons les yeux et laissons le monde nous envahir. Mais nous ne « voyons » pas avec nos yeux ; nous « voyons » avec notre cerveau, et il faut du temps pour que le monde nous parvienne. Entre le moment où la lumière atteint la rétine et celui où le signal est bien acheminé par la voie cérébrale qui traite l'information visuelle, au moins 70 millisecondes se sont écoulées. Pendant ce temps, une balle de baseball qui atteint la vitesse plutôt faible de 85 km/h a déjà parcouru 10 mètres ! Pour que le joueur frappe la balle, malgré son expérience, son cerveau doit compenser ce retard.
« Notre cerveau est un appareil informatique qui prend du temps à calculer », explique Jean Reynolds, Ph. D., neurobiologiste au Salk Institute for Biological Studies, qui a dirigé l'étude publiée dans le dernier numéro de la revue Neuron. « Si vous regardez un tableau, peu importe que vous soyez en train de vivre des événements survenus une fraction de seconde auparavant. Dans le monde réel, vous devez souvent interagir avec des objets en mouvement et compenser ce décalage », explique-t-il.
Et c'est exactement ce que fait le cerveau, ont conclu les scientifiques de Salk lorsqu'ils ont enregistré l'activité de cellules cérébrales individuelles dans le cortex visuel alors qu'elles étaient activées en réponse à un objet en mouvement qui changeait brièvement de couleur sur un écran d'ordinateur.
Le système visuel est composé d'un ensemble de cartes interconnectées qui représentent l'espace visible qui nous entoure, tout comme les cartes conventionnelles reflètent des zones géographiques. Toute activité cérébrale au sein de ces cartes reflète la localisation d'un stimulus visuel, comme une balle rapide sur le point de quitter la main d'un lanceur dans le monde réel. Mais lorsque le signal apparaît sur les cartes visuelles du cerveau du frappeur, la balle a déjà parcouru un sixième de la distance entre le monticule du lanceur et le marbre.
Bien que l'on sache, grâce à des études antérieures, que le système visuel possède un mécanisme qui déplace l'emplacement perçu d'un objet en mouvement de l'endroit où il se trouvait lorsque nous l'avons « vu » à l'endroit où il se trouverait probablement au moment où le cerveau aurait fini de traiter les informations entrantes, on ne savait pas exactement comment le cerveau parvenait à cet exploit.
« Nous avons constaté qu'au moins une de ces cartes subit une distorsion, précisément comme il faudrait pour expliquer le décalage perceptif », explique Kristy A. Sundberg, étudiante diplômée de l'Institut Salk et première auteure de l'étude. « Cette distorsion pourrait faire partie du mécanisme utilisé par le cerveau pour décaler la position perçue du stimulus en mouvement le long de sa trajectoire, afin de compenser son retard de calcul. »
Pour découvrir comment le cerveau compense le retard de calcul, les chercheurs ont exploité une illusion d'optique connue sous le nom d'effet « flash-jump ». cliquez ici pour une courte démonstration.
Dans la version légèrement modifiée utilisée par les scientifiques pour leurs expériences, un stimulus clignotant se déplace sur l'écran et change brièvement de couleur tout en poursuivant son parcours. Lorsqu'on leur demande où le changement de couleur s'est produit par rapport à un symbole fixe sur l'écran d'ordinateur, la plupart des gens ne parviennent pas à le localiser avec précision, mais déclarent plutôt « voir » le changement de couleur plus loin sur sa trajectoire.
Sundberg et ses collègues ont enregistré les réponses neuronales dans une zone située à mi-chemin de la voie cérébrale qui traite l'information visuelle. En déplaçant la séquence de stimulus de gauche à droite, ils ont d'abord cartographié la zone précise de l'écran d'ordinateur où un changement de couleur provoquerait une réponse dans une cellule cérébrale de cette zone. Ils ont ensuite effectué la même mesure lorsque le stimulus se déplaçait dans la direction opposée.
Si la cellule encodait simplement l'emplacement physique du changement de couleur, la réponse serait la même, car le changement de couleur se produisait exactement au même endroit. « Mais nous avons plutôt constaté un profil décalé », rapporte Sundberg.
« C'est comme si la cellule cherchait à intercepter le stimulus en mouvement. Grâce à ce déplacement, nous percevons le changement de couleur plus loin sur la trajectoire du mouvement, ce qui contribue à compenser les retards de traitement », explique Reynolds, professeur adjoint au Laboratoire de neurobiologie des systèmes.
Le Salk Institute for Biological Studies, situé à La Jolla, en Californie, est une organisation indépendante à but non lucratif dédiée aux découvertes fondamentales en sciences de la vie, à l'amélioration de la santé humaine et à la formation des futures générations de chercheurs. Le Dr Jonas Salk, dont le vaccin contre la polio a pratiquement éradiqué la poliomyélite en 1955, a ouvert l'Institut en 1965 grâce à un don foncier de la ville de San Diego et au soutien financier de la March of Dimes.
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