Cours 3 Flashcards
TRAITEMENT DE L’INFORMATION PAR LE SYSTÈME NERVEUX
C’est à travers l’activité des neurones constituant notre système nerveux que se construisent nos perceptions; i.e. notre représentation de l’environnement. Cette activité neurale doit donc avoir une correspondance (i.e. une ‘corrélation’) avec les propriétés de l’environnement qu’elle représente.
À travers les étapes de traitement, l’information sensorielle est analysée et transformée afin de fournir une forme de représentation qui soit utile pour l’organisme (i.e. permettant un comportement adapté).
Dans le système nerveux, le traitement de l’information s’effectue par :
la communication entre les neurones, donc au niveau de la synapse.
Deux propriétés importantes au niveau de la synapse qui contribuent au traitement de l’information sont:
la convergence et l’inhibition dont le rôle peut être illustré avec l’aide de circuits neuronaux artificiels.
Circuit neuronal:
Ensemble de neurones qui sont interconnectés par des synapses.
Ce qu’on fait varier, c’est le nombre de photorécepteur éclairé par la lumière
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Circuit avec convergence et excitation seulement
Les photorécepteurs sont connecté à la cellule B
Plus l’étendue des photorécepteurs stimulé est grande = plus la cellule B est stimulé
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Circuit avec convergence, excitation et inhibition
Les illustrations qui précèdent démontrent comment la convergence et l’inhibition permettent à un circuit neuronal d’extraire une information significative quant aux propriétés du stimulus qui active les récepteurs. Ces mêmes principes s’appliquent au traitement de l’information qui est effectué par notre système visuel.
Cellule B: détecteur de ligne lumineuse
Si la ligne est trop courte =
Si la ligne est trop longue = moins bonne activation sur la cellule B car seulement 4?
3-4-5 envoie sur B = bonne activation
Savoir pourquoi 3-5 a une meilleure réponse. Savoir
1-7 est pire que 2-6 car on rajoute de l’inhibition
3-5 = excitation sur b
1-2 inhibition sur B
Rétine:
On constate un degré important de convergence dans l’organisation rétinienne. Notamment, chaque oeil compte environ 126 M de photorécepteurs mais seulement 1,25 M de fibres dans son nerf optique.
L’organisation anatomique de la rétine témoigne de cette forte convergence.
100/1 en terme de rapport
La rétine contient 5 couches cellulaires:
(la lumière traverse les couches)
- photorécepteurs (cônes et bâtonnets)
- cellules horizontales (inter-connecte les cellules qui sont les unes à côté des autres. Inhibition lattéral semble etre réaliser par les cellules horizontales et amacrines. Peut affecter la réponse à un autre endroit de la rétine.
- cellules bipolaires (diffuses (H prend loins)et midget (A et prend plus proche) (corps cellulaire se trouvent au milieu de type fibre en haut dentrites, de l’autre extrémité axone)
- cellules amacrines (crée connexion avec cellules voisines)
- cellules ganglionaires (recoit er véhicule le signal vers le nerf optique)
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Le niveau de convergence entre les photorécepteurs et les cellules ganglionnaires est beaucoup plus élevé pour les bâtonnets que les cônes:
Bâtonnets: 120 photorécepteurs => 1 cellule ganglionnaire (via les cellules bipolaires diffuses)
Cônes (moyenne): 6 photorécepteurs => 1 cellule ganglionnaire (via les cellules bipolaires diffuses)
Dans la fovéa: la correspondance peut aller jusqu’à 1 => 1 (via les cellules bipolaires midget)
Cette différence dans le taux de convergence pour les bâtonnets et les cônes est responsable de deux différences fonctionnelles importantes entre ces deux classes de photorécepteurs:
- Meilleure sensibilité des bâtonnets à l’énergie lumineuse (après adaptation à l’obscurité)
- Meilleure acuité visuelle (i.e. perception des détails) pour les cônes que les bâtonnets
Sensibilité relative des bâtonnets et des cônes
Moins d’énergie lumineuse est requise pour stimuler un bâtonnet qu’un cône. Une autre raison importante cependant de la plus grande sensibilité des bâtonnets est leur niveau de convergence plus élevé.
Sommation spatiale:
Addition de l’activité de neurones ayant des champs récepteurs spatiallement distincts. Ce processus est produit par des circuits neuronaux convergents.
Étant donné la sommation spatiale, la cellule ganglionnaire activée par les bâtonnets reçoit plus de synapses excitatrices que celle activée par les cônes.
Pour la même intensité lumineuse:
bâtonnet = en haut du seuil so on détecte l’énergie
Pour le cône = on ne détecte pas l’énergie
Pour les bâtonnet: converge pour faire une réponse (2+2+2+2… = 10)
Pour les cône: l’intensité ne s’accumule pas et ne forme pas d’énergie
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Acuité relative des bâtonnets et des cones
Acuité perceptive: Résolution spatiale du système perceptif. Une meilleure acuité permet de distinguer de plus petits détails. (à mesure qu’on s’éloigne de la Foévaa, l’acuité s’éloigne du champs visuel)
Une manière d’établir l’acuité est de mesurer la distance minimale nécessaire entre deux points pour que nous puissions les discriminer.
ex: Difficile de dire lequel des points à l’intervalle le plus mince (notes)
Notre acuité visuelle varie en fonction de la région rétinienne stimulée. La fovéa (centre du champ visuel) est la région rétinienne offrant l’acuité maximale. Plus on s’éloigne de la fovéa, plus l’acuité visuelle est réduite.
ex: Regarder le point noir = pas capable de dire la dernière lettre car pas d’acuité. Trop loin du champ visuel
Cette variation de l’acuité selon la position d’un stimulus dans le champ visuel dépend en partie de la variation de la densité des photorécepteurs en fonction de la localisation rétinienne. Elle dépend également des différences entre les cônes et les bâtonnets au niveau de la sommation spatiale.
0* = meilleur acuité visuel = fovéa
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Une autre propriété essentielle des circuits neuronaux pour le traitement de l’information est:
l’inhibition, qui est produite par les synapses inhibitrices.
Le rôle de l’inhibition a notamment été étudié chez la limule (c’est avec son œil qu’on n’a pu voir la réponse des synapses inhibitrice), dont la structure particulière de l’œil permet la stimulation de photorécepteurs individuels.
Plus la stimulation concurrente en B est forte, plus la réponse en A est diminuée. Le site A reçoit donc une inhibition en provenance de B.
Puisque cette inhibition est transmise par des connexions latérales (chez la limule, au niveau du plexus latéral), on appele le phénomène inhibition latérale.
Sur le plan fonctionnel, le rôle de l’inhibition est l’accentuation des contrastes (en facilitant ainsi la détection).
L’inhibition latérale peut être mise en évidence de différentes manières chez l’humain.
Celle-ci se produit à travers les connexions latérales réalisées par les cellules horizontales et amacrines de la rétine.
Stimule en B donc effet inhibitoire en A
Interconnexion entre les photorécepteurs et compétition entre eux.
Inhibition latérale créer par le plexus latéral.
C’est le plexus latéral qui est inhibiteur
Mesure juste sur A, donc c’est l’effet sur A?
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Inhibition latérale et perception des contrastes
Le rôle de l’inhibition latérale dans la détection des contrastes peut être mis en évidence avec l’illusion produite par la grille de Hermann. (Voir notes)
La perception de cercles foncés aux intersections tient au fait qu’une plus forte inhibition latérale est reçue par ces régions que pour les « corridors ».
Car plus de stimulation à l’intérieur des carrées que dans les lignes
A recoit plus d’inhibition latéral que B alors c’est pourquoi on voit les choses différemment
(Intersection plus foncé que le reste)
L’illusion des bandes de Mach constitue un autre exemple du rôle de l’inhibition latérale dans la perception des contrastes. (Voir notes)
Rouge = objective en intensité lumineuse
Bleu = ce qui arrive vraiment plus fonce/pale qu’en réalité
Il est facile de produire l’illusion en utilisant une ombre projetée. Il est facile de produire l’illusion en utilisant une ombre projetée.
L’inhibition latérale accentue l’impression de contraste au niveau de la frontière entre une région claire et une région foncée, causant ainsi l’illusion des bandes de Mach
Voir notes
Interconnexion entre les neurones voisines (inhibitrice)
Zone claire (réponse de 80) vs foncé (réponse de 16)
Plus de lumière = + d’activité neuronales
On a donc l’impressions que c’est plus fonce/clair que ce l’est en réalité
Un autre phénomène attribuable (au moins partiellement) à l’inhibition latérale est l’effet de contraste simultané d’intensité.
La notion d’inhibition latérale est toutefois insuffisante pour expliquer la diffusion de l’illusion au centre de la figure. D’autres cas ne peuvent être expliqués simplement par l’inhibition latérale au niveau de la rétine.
Le triangle B apparait plus clair que A. même intensité luminaire. On ne peut pas expliquer car la couleur du contour est la même = même intensité. Alors ces dans notre cortex visuel et le système de perception de la forme. Appartenance à cette zone gris clair a la zone gris foncé vs triangle A dans la zone claire
Croix de Benary
Champs récepteurs dans le système visuel
Le rôle déterminant de la convergence et de l’inhibition dans les circuits neuronaux se manifeste non seulement à travers les phénomènes de sensibilité, d’acuité ou de perception des contrastes vus jusqu’ici.
Ces mêmes processus de convergence et d’inhibition vs excitation sont responsables également des propriétés des champs récepteurs des neurones du système visuel.
Champ récepteur: Portion de la rétine qui, lorsqu’elle est stimulée, affecte l’activité du neurone. Cet effet peut être excitateur ou inhibiteur.
Les champs récepteurs peuvent être divisés en deux zones :
excitatrices et inhibitrices. Zone excitatrice: La présentation d’une stimulation lumineuse dans cette portion du champ récepteur augmente la fréquence de l’influx nerveux.
Zone inhibitrice: La présentation d’une stimulation lumineuse dans cette portion du champ récepteur réduit la fréquence de l’influx nerveux et peut même en bloquer la production. Le retrait de la stimulation lumineuse dans cette portion du champ récepteur est accompagné d’une augmentation transitoire de la fréquence de l’influx nerveux (réponse ‘off’).
Les champs récepteurs de neurones individuels sont déterminés par l’enregistrement de leur activité avec l’aide de microélectrodes en réponse à la stimulation qui est projettée sur la rétine.
L’enregistrement de l’activité des cellules ganglionaires en réponse à la stimulation visuelle met en évidence un traitement de l’information qui est effectué au niveau rétinien, i.e. il y a transformation de la représentation visuelle entre les photorécepteurs et les cellules ganglionnaires.
Au niveau des cellules ganglionnaires, on constate des champs récepteurs concentriques de deux types complémentaires:
centre excitateur et périphérie inhibitrice
centre inhibiteur et périphérie excitatrice
(Voir notes)
A: stimulation à l’extérieur du champ récepteur
B: stimulation exclusive de la zone centrale (excitatrice) du champ récepteur
C: stimulation exclusive de la zone périphérique (inhibitrice) du champ récepteur
Réponse d’une cellule ganglionnaire avec centre excitateur et périphérie inhibitrice en fonction de l’étendue spatiale de la région rétinienne stimulée.
De la lumière partout ou pas du tout = même chose pour le neurone
On a genre 1 milliards de champs récepteurs et tous ensemble = info dans l’œil de contraste et non image
Le circuit neuronal suivant illustre, de façon simplifiée, les connexions neuronales susceptibles de produire les champs récepteurs concentriques observés au niveau des cellules ganglionnaires.
Ce circuit met en évidence la contribution essentielle de la convergence et de l’inhibition pour le traitement de l’information.
Au niveau des cellules ganglionnaires, la représentation visuelle n’est plus en termes d’intensité lumineuse et de composition spectrale à un point du champ visuel, tel que c’est le cas au niveau des photorécepteurs. Les champs récepteurs concentriques des cellules ganglionnaires représentent plutôt le contraste.
Chiasma optique:
Anatomie des voies visuelles au-delà de la rétine
Point où les nerfs optiques de chaque oeil se croisent. C’est à ce niveau que se produit la décussation optique, où les fibres correspondant aux hémirétines droits de chaque oeil projettent vers le corps genouillé latéral droit (et l’hémisphère cérébral droit), et vice-versa pour les fibres provenant des hémirétines gauches.
Corps genouillé latéral:
Anatomie des voies visuelles au-delà de la rétine
Noyau thalamique; lieu de synapse reliant le nerf optique et le cortex visuel.
Radiations optiques:
Anatomie des voies visuelles au-delà de la rétine
Voie de projection entre le corps genouillé latéral et le cortex visuel primaire
Structure du thalamus
Cortex visuel primaire:
Anatomie des voies visuelles au-delà de la rétine
Premier site cortical recevant une information visuelle. Situé dans le pôle occipital, souvent appelé cortex strié ou V1. Celui-ci envoie ensuite des projections en direction d’autres aires corticales, appelées extra-striées.
Collicule supérieur:
Anatomie des voies visuelles au-delà de la rétine
Structure sous-corticale, cible de la voie de projection rétino-tectale, qui est parallèle à la voie rétino-corticale. Reçoit environ 10% des fibres ganglionnaires et est notamment impliqué dans le contrôle des mouvements oculaires.
Champs récepteurs au-delà de la rétine
Au niveau du corps genouillé latéral (CGL), les champs récepteurs ont une structure identique à celle retrouvée pour les cellules ganglionnaires.
Au contraire des neurones du CGL, le stimulus optimal pour les neurones du cortex visuel primaire est plutôt une barre possédant une orientation particulière.
Ainsi, la représentation visuelle dans V1 prend la forme de contours orientés; ou plus spécifiquement, de rayures ayant à la fois une orientation et une largeur particulière.