205 - Cognition visuelle : du stimulus objectif à l’expérience subjective

Comme le reflètent les changements dans les critères diagnostiques pour les Troubles du Spectre de l’Autisme (TSA), les comportements non sociaux liés aux fonctions sensorielles sont maintenant considérés comme une caractéristique qui définit cette condition neurodéveloppementale. En conséquence, comprendre les particularités sensorielles spécifiques aux TSA est de plus en plus important pour une meilleure compréhension des symptômes de l’autisme. Dans cette présentation, je vais démontrer comment les signatures perceptives – des profils sensoriels basés sur la performance à des tâches visuelles de bas niveau – peuvent être utilisées pour définir des altérations cérébrales biologiquement plausibles qui sont spécifiques à l’autisme. De plus, je discuterai de la façon dont ces altérations perceptives affectent la cognition et les comportements en autisme.

La reconnaissance visuelle d’un mot repose largement sur l’identification des lettres qui le composent (Pelli et al., 2003). L’apport éventuel d’unités de reconnaissance plus étendues, allant d’attributs inter-lettre au mot entier, demeure à établir. Une modulation temporelle aléatoire du rapport signal/bruit a été appliquée sur des mots de cinq lettres que des observateurs adultes devaient lire à voix haute. Cette modulation signal/bruit pouvait être spatialement homogène (simultanée entre les lettres) ou alors hétérogène (indépendante entre les lettres). À un taux de rafraîchissement de 120 Hz, les mots étaient présentés pour une durée de 200 ms et la visibilité de chacune des lettres était appariée entre les conditions. Les résultats démontrent, pour tous les participants, une identification nettement plus efficace dans la condition où la modulation signal/bruit est homogène par rapport à la condition hétérogène. Un tel avantage suggère une contribution significative d’unités de reconnaissance plus étendues que les lettres individuelles dans la reconnaissance de mots.

La reconnaissance visuelle d'un mot écrit repose sur l'identification des lettres (Pelli & al, 2003). La lisibilité d’un texte est donc fortement dépendante de la facilité avec laquelle les lettres peuvent être identifiées. Ainsi, la police utilisée est cruciale et il est bien établi que les polices standard sont sous-optimales (Fiset & al, Non publié). Une nouvelle police, à laquelle nous nous référons en tant que SuperPolice, a été développée par notre laboratoire. Le but de la présente étude est d’évaluer l'efficacité de la SuperPolice pour l'amélioration des performances de lecture. Il est attendu que le groupe recevant la formation avec la SuperPolice montre un gain substantiel de vitesse de lecture avec  cette police. L'échantillon est composé de deux groupes de 12 participants. Un de ces groupes a été entraîné, lors de la lecture d’un e-book, avec la SuperPolice. Ces participants ont pris part à cinq séances quotidiennes consécutives composées d’une heure d’entrainement suivie d’une évaluation de la vitesse de lecture. La mesure de la vitesse de lecture repose sur le test MNRead qui consiste en la présentation de phrases en RSVP, avec des durées de présentation variables (Legge & al, 1989). La SuperPolice offre un gain de 14% sur les vitesses de lecture suite à l’entraînement. Ce bénéfice résulte d’une augmentation de l’énergie du stimulus dans les bandes de fréquences spatiales critiques pour la lecture et d’une accentuation des traits distinctifs des lettres.

Lorsque nous sentons une odeur nous ne percevons pas une sensation purement olfactive, mais un amalgame varié de signaux sensoriels perçus au même moment. Tout stimulus (son, odeur, saveur, etc.) est ainsi instrumenté par autant d'autres. Dans une étude par observations, certains commentaires exprimés par des participants portent à croire que l'information définie par le système visuel a probablement l'emprise la plus importante. Cette emprise s'explique peut-être par le fait que nous apprenons dès notre plus jeune âge à saisir le monde principalement par la vue, et c'est ainsi un acte naturel de se référer à des images pour faire sens de ce que nous percevons de l'environnement ? Sans oublier qu'une odeur perçue est liée à un complexe système de représentation mentale, celui-ci allouant à chacune un certain poids narratif du fait d'être liée à une expérience vécue. Si l'on s'attarde à étudier le système olfactif, nous remarquons qu'il est en connexion directe avec l’amygdale, contrairement à la vision dont les voies transitent par le néocortex, pour ensuite atteindre l’amygdale. L’olfaction provoque donc en premier lieu une émotion pré-conceptuelle, alors que la vision entraîne immédiatement une analyse cognitive.

Plusieurs particularités perceptives caractérisent le TSA. On retrouve entre autres des habiletés visuospatiales supérieures chez un sous-groupe de personnes autistes. Cette étude visait à élucider le patron d’activation cérébrale sous-tendant leur expertise visuopsatiale. Un groupe de 27 adultes TSA, dont 12 ayant des habiletés visuospatiales supérieures (TSA- et TSA+), et un groupe de 21 adultes neurotypiques (NT) âgés entre 18 et 37 ans ont été recrutés. Les groupes, appariés à l’âge et au QI, ont réalisé deux tâches visuospatiales requérant de l’imagerie visuelle dans un appareil d’IRMf. Comparativement au groupe NT, les groupes TSA ont manifesté une activité plus élevée dans plusieurs régions cérébrales (frontal, pariétal, temporal, cingulaire, cérébelleuse) ainsi qu’une activité diminuée des aires motrices et somatosensorielles. De plus, une activité plus élevée dans les régions occipitales, pariétales et temporales, accompagnée d’une activité plus faible du cortex préfrontal ventrolatéral, distingue le groupe TSA+ du groupe TSA-. L’expertise visuospatiale dans le TSA se caractérise par une redistribution de l’activité cérébrale dans les régions dédiées aux processus visuospatiaux et un plus faible recrutement des régions préfrontales. Ainsi, ce patron d’activité suggère un traitement plus efficace des informations visuospatiales, exigeant donc moins de ressources exécutives (associées au lobe frontal).

La perception catégorielle (PC) acquise se traduit par des effets de compression (percevoir les items appartenant à une même catégorie comme étant plus similaires) et/ou de séparation (percevoir les items appartenant à deux catégories différentes comme étant moins similaires) suite à l’apprentissage de nouvelles catégories. Les mesures les plus utilisées pour mesurer de tels effets au niveau visuel sont les jugements de similarité. Toutefois, ce type de test est très subjectif et peut être biaisé. Plusieurs variables autres que de réels changements perceptuels peuvent influencer les résultats. Dans le domaine de la PC auditive, des mesures plus objectives sont utilisées tels que les tests de discriminabilité ABX. Dans ce type de tâche, les participants sont exposés à 3 stimuli de manière séquentielle et doivent indiquer lequel des deux premiers (A ou B) était identique au dernier (X). Les effets de compression se traduisent par une plus grande difficulté à discriminer les items appartenant à une même catégorie et les effets de séparation se traduisent par une plus grande facilité à discriminer les items appartenant à deux catégories différentes. Très peu d’études ont utilisé les tests de discriminabilité ABX pour mesurer les effets de PC visuelle. L’objectif du présent projet est donc de comparer l’utilisation des jugements de similarité (mesure subjective), à l’utilisation de tests de discriminabilité (mesure plus objective) pour mesurer les effets de PC visuelle acquise. Une étude déjà en cours démontre que des effets de PC visuelle acquise sont mesurables grâce à des jugements de similarité. Afin de comparer les deux types de mesures, la même étude sera reproduite, mais les jugements de similarité seront remplacés par des tests de discriminabilité ABX.

La synesthésie est un phénomène perceptif produit lorsqu’un stimulus donné évoque une sensation additionnelle qui est considérée anormale. La synesthésie graphème-couleur (lorsqu’un graphème achromatique évoque une sensation de couleur) est la forme la plus commune. Les études à ce jour ont examiné la perception consciente ou explicite des synesthètes. Or, nous ne savons pas si la prise de conscience est nécessaire à la synesthésie. Des données récentes suggèrent que le traitement synesthésique pourrait être possible en l’absence de perception consciente. Afin de vérifier cette hypothèse, nous avons développés deux tâches psychophysiques qui exploitent la suppression interoculaire. D’une part, l’effet de la couleur sur la dominance perceptive en situation de rivalité binoculaire est évalué à partir de stimuli de couleur réelle (participants contrôles) ou synesthésique (participants synesthètes).  D’autre part,  l’effet de la suppression par flash, est évalué lorsqu’une lettre ou un symbole présenté à un œil est supprimé de la conscience suite à la présentation soudaine d’un stimulus (bruit) présenté à l’autre œil  Les résultats obtenus auprès des sujets synesthétes et de témoins (n=22) confirment partiellement une modulation de la suppression interoculaire chez les synsthétes, et ceci dans une situation de rivalité binoculaire. Des analyses plus approfondies sont actuellement en cours. Cette étude permettra de mieux comprendre l’origine des expériences synesthésiques et la contribution de la conscience et de l’attention.

Il a été démontré qu’un antécédent de trauma craniocérébral léger (TCCL) puisse jouer un rôle dans le développement de maladies neurologiques et psychiatriques (Perry et al., 2016). Les effets des TCCL à long terme sur le cerveau et la façon dont ils se manifestent sont encore peu connus, particulièrement chez l’adulte plus âgé. L’attention visuospatiale s’objective via des tests neuropsychologiques et par des mesures des composantes électrophysiologiques comme la N2pc. La N2pc a été démontrée comme étant une mesure fiable du déploiement de l’attention visuelle (Luck et al., 1997). Cette étude vise à évaluer l’impact d’une commotion cérébrale sur l’attention visuospatiale dans une population vieillissante. Les sujets recrutés devaient être en bonne santé physique et psychologique, sans antécédent de trouble neurologique ou psychiatrique. Les sujets ont été appariés pour l’âge, le sexe et l’éducation. Pour cette étude, nous avons mesuré l’activité cérébrale en électroencéphalographie (EEG) de nos sujets pendant une tâche de recherche visuelle à affichage multiple chez 20 patients et 20 contrôles âgés entre 50 et 72 ans. Nous avons également administré des tests cognitifs reconnus pour leur capacité à objectiver l’attention visuospatiale. Des analyses préliminaires montrent que les sujets avec antécédent de commotions cérébrales ont une composante N2pc moins ample que les sujets contrôles et une moins bonne performance dans une tâche évaluant les capacités visuospatiales.

La perception catégorielle (PC) se produit lorsque les différences physiques de la même taille à l’intérieur d’une catégorie sont aperçues comme étant moins importantes (compression) que lorsqu’elles chevauchent la frontière entre deux catégories (séparation). La PC est bien établie dans le cas des catégories innées (les couleurs, les expressions faciales). Pourtant, la majorité de nos catégories sont apprises. Ce projet vise à mesurer les changements de perception visuelle dus à l’apprentissage d’une nouvelle catégorie. On a entrainé des sujets humains à catégoriser des stimuli visuels non familiers par essai-erreur. Avant et après l’entrainement, ils ont fait des jugements de similarité pour des paires de stimuli (certains paires membres de la même catégorie et d’autres paires appartenant aux différentes catégories). L’activité cérébrale était enregistrée avec l’EEG et on a analysé les potentiels évoqués (PE) le long de l’entrainement. On a testé deux types de stimuli : a) des textures en noir et blanc avec des attributs distribués et b) des poissions avec des attributs locaux. Dans les deux cas, il y a eu un phénomène de compression intra-catégorie et de séparation inter-catégorie pour les apprenants et non pour les non-apprenants. L’analyse des données EEG a montré des changements significatifs dus à l’apprentissage pour deux composants du PE: l’un précoce (autour de 170 ms) et occipital et l’autre tardif (500-800 ms) et pariétal. De plus, l’effet de séparation a été positivement corrélé avec le changement du composant précoce du PE. Nos résultats indiquent que l’apprentissage des catégories influence les étapes précoces du traitement de l’information visuelle. Notre hypothèse est que la PC se produit grâce à la réduction dimensionnelle : un filtre appris qui sélectionne les attributs qui co-varient avec l’appartenance à une catégorie et ignore ceux qui ne co-varient pas, ayant comme résultat un changement des distances encodés dans notre espace psychologique.

Différents mécanismes sont requis dans l’acquisition de la lecture. Quelques études se sont penchées sur la catégorisation visuelle, mais les processus de classification et de discrimination des lettres dans la formation de représentations graphémiques invariantes demeurent mal compris. La présente étude explore le rôle de la catégorisation visuelle de lettres miroirs dans l’acquisition de la lecture. Pour ce faire, les fonctions de classification et de discrimination visuelle de 15 enfants normolecteurs de différents niveaux scolaires seront étudiées et comparées. L’hypothèse veut que l’apprenti normolecteur doit être exposé au langage écrit pour se créer des représentations stables des lettres, de sorte que différentes fonctions de classification et de discrimination sont prédites entre les participants selon leur âge. Les participants ont été recrutés dans les écoles primaires de la ville de Montréal. Nous avons administré un test informatisé de catégorisation visuelle de lettres miroirs (b-d). Des tests de discrimination de séquences de lettres, de perception d’orientation des lettres, ainsi que de lecture de mots irréguliers et de pseudo-mots ont également été administrés. Les corrélations entre les habiletés de catégorisation visuelle, de lecture, de discrimination de séquence et d’orientation de lettres en fonction de l’âge seront présentées. Cette étude permettra de mieux comprendre l’un des mécanismes visuels à la base de l’acquisition de la lecture. 

Deux stratégies ayant des corrélats neuroanatomiques distincts peuvent être utilisées pour naviguer dans un environnement. Pour vérifier l’apport de chacune d’elles sur l’attention visuelle, cette étude corrélationnelle cherche à contraster les différences parmi les deux groupes. Il est attendu que les apprenants spatiaux, utilisant plus l’hippocampe, aient des temps de réaction plus rapides. Il est aussi attendu que l’effet « gap » soit plus prononcé chez les apprenants réponses et que l’émotion négative favorisera plus fortement l’attention visuelle chez les spatiaux.

Les analyses préliminaires montrent une tendance vers un effet « gap » plus grand chez les réponses alors que les spatiaux font des saccades significativement plus rapides en condition non-gap. Les analyses montrent aussi une tendance vers l’effet attendu de l’émotion négative, mais pas de l’émotion positive, sur le coût de l’anti-saccade sans permettre départager les groupes. Les spatiaux ont toutefois des saccades significativement plus rapides que les réponses en condition d’émotion négative.

Cette étude permettra de mieux comprendre le rôle des stratégies de navigation dans l’attention visuelle afin d’en tenir compte dans des études ultérieures qui chercheront à manipuler la stratégie de navigation et le volume hippocampique à l’aide d’un entraînement. Celui-ci étant un biomarqueur pour de nombreuses pathologies, connaître les facteurs affectant son volume est important.