L’attention visuelle explore l’espace à une fréquence spécifique

Résultats scientifiques Neuroscience, cognition

L’information visuelle qui parvient à notre rétine est très dense. L’attention spatiale permet d’en accélérer le traitement cérébral en sélectionnant les informations les plus pertinentes. Dans un article publié dans la revue Nature communications, les chercheurs décrivent, pour la première fois, comment le cortex préfrontal déploie l’attention visuelle dans l’espace et dans le temps, à un rythme de 10 Hz, de façon adaptée à nos besoins, ainsi que l’impact que cela a sur notre perception de notre environnement visuel.

Le cerveau humain présente une capacité de traitement limitée. Il ne peut donc pas gérer de manière optimale le flux continu d’informations qui lui parvient. L’attention visuelle permet de surmonter cette limite en filtrant et en sélectionnant les informations visuelles les plus importantes, au détriment des informations les moins pertinentes. Ainsi, arrêtés à un feu rouge, nous pouvons discuter avec notre voisin tout en surveillant la couleur du feu. Nous ne notons ni la couleur de la voiture juste à côté de la nôtre, ni la vitrine chatoyante juste derrière.  Pourtant, nous saurons freiner à temps pour éviter cet enfant qui traverse à la dernière minute.  

Plusieurs régions corticales participent à ce processus essentiel de la vision. Toutefois, des résultats convergents indiquent que le cortex préfrontal est le centre du contrôle attentionnel. Ainsi, les signaux qu’il envoie vers le cortex pariétal ou le cortex visuel strié et extrastrié modulent l’information visuelle en entrée, amplifiant la réponse à certaines positions spatiales ou caractéristiques visuelles, tout en déprimant la réponse à d’autres caractéristiques.

William James, psychologue visionnaire de la fin du 19ème siècle, a proposé le modèle d’un focus attentionnel sous le contrôle volontaire du sujet et se déplaçant sur la scène visuelle à traiter, tel un projecteur. Ce paradigme a dominé les études sur l’attention spatiale. Toutefois, ces dernières années, des études comportementales ont démontré que l’attention spatiale est de nature rythmique, échantillonnant les régions les plus pertinentes de l’espace visuel à un rythme de 10 Hz. Les bases neuronales de cette rythmicité et la réconciliation de cette observation avec le paradigme d’un projecteur attentionnel restent posées.

Dans cette étude, les scientifiques enregistrent l’activité neuronale du cortex préfrontal d’un primate non humain, et accèdent, en temps réel, par des techniques de décodage de l’activité neuronale, à la position continue de son focus attentionnel. Ils peuvent ainsi suivre l’endroit où le singe fait attention sur un écran alors même qu’il effectue une tâche qui exige de lui de ne pas bouger les yeux. Grâce à cela, les chercheurs démontrent que le focus attentionnel ainsi décodé se déplace dans l’espace de manière rythmique, a une fréquence précise de 7-12 Hz, dans la bande alpha. La localisation de ce focus attentionnel pendant cette exploration périodique détermine à quel point un stimulus visuel est perçu par le cerveau, la capacité du sujet à produire la réponse adaptée à ce stimulus, ainsi que le temps de réaction associé. Cette exploration de l’espace visuel par le focus attentionnel fait alterner des phases d’exploitation des informations connues a priori, et des phases d’exploration à la recherche d’informations nouvelles. Elle est ajustée de façon dynamique en fonction des objectifs de la tâche. Enfin, les résultats montrent que ces mécanismes exploratoires périodiques reposent sur un rythme neuronal populationnel qui prend son origine au niveau même du cortex préfrontal.

Ces travaux représentent une avancée dans la compréhension des bases neurales de l’attention spatiale et ouvrent de nouvelles perspectives dans le développement de techniques de réhabilitation de l’attention basées sur les techniques de "neurofeedback", c’est-à-dire des techniques de réhabilitation basées sur un contrôle direct du sujet sur son activité neuronale.

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© Suliann Ben Hamed

Figure : Représentation d’une trajectoire attentionnelle sur un écran.
Lors de cette tâche cognitive, le sujet, ici un macaque, doit fixer du regard le centre de l’écran (point rouge) tout en dirigeant son attention visuelle au niveau du cercle pointillé en haut à droite de l’écran. Alors que l‘attention du sujet est supposée fixe, le focus attentionnel explore en réalité l’environnement proche du cercle. On peut donc ainsi décrire une trajectoire (position du focus attentionnel au cours de l’essai en jaune pointillé), qui répond à une stratégie exploratoire (% de probabilité d’exploration de chaque partie de l’écran sur une échelle allant du noir –faible exploration- au blanc –forte exploration).

Pour en savoir plus  :

Prefrontal attentional saccades explore space rhythmically.

Gaillard C, Ben Hadj Hassen S, Di Bello F, Bihan-Poudec Y, VanRullen R, Ben Hamed S
Nat Commun 17 février 2020. https://doi.org/10.1038/s41467-020-14649-7

Contact

Suliann Ben Hamed
Directrice de recherche CNRS à l'Institut des sciences cognitives (ISC)

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Institut des Sciences Cognitives (ISC) - (CNRS/Université Claude Bernard)

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