Que se passe-t-il au cours des 500 premières millisecondes ?

Que se passe-t-il réellement au cours des 500 premières millisecondes qui suivent la découverte d’un nouvel élément ? Avant même que vous n’en ayez conscience, votre cerveau a déjà détecté des visages, suivi des mouvements et décidé où porter votre regard ensuite. Découvrez les aspects neuroscientifiques de la perception rapide et du suivi oculaire, et pourquoi le timing est tout aussi important que l’attention elle-même.

Quiconque a déjà lu des articles sur ce site web, ou s’intéresse ne serait-ce qu’un tant soit peu aux neurosciences, sait déjà que le cerveau humain est tout simplement extraordinaire. Outre le fait qu’il s’agisse du seul organe à s’être donné un nom, c’est sans doute le système de traitement de l’information le plus sophistiqué que nous connaissions.

Chaque seconde, vos yeux transmettent des millions de bits d’informations visuelles à votre cerveau. Votre esprit conscient n’en perçoit qu’une infime partie, car le cerveau est tout simplement incapable de tout traiter en détail. Il a plutôt évolué pour prendre des décisions incroyablement rapides afin de déterminer ce qui mérite votre attention et ce qui peut être ignoré sans risque.

Tout cela se passe en grande partie avant même que vous ne vous en rendiez compte.

Dans les 500 premières millisecondes suivant la perception d’une nouvelle scène, votre cerveau a déjà détecté des contours, reconnu des visages, identifié des mouvements, commencé à interpréter des objets et décidé où votre regard doit se porter ensuite. Ces premières centaines de millisecondes influencent ce que vous remarquez, ce dont vous vous souvenez et, en fin de compte, la manière dont vous interagissez avec le monde qui vous entoure. C’est précisément pour cette raison qu’elles constituent l’une des fenêtres les plus fascinantes sur la cognition humaine, tant pour les neuroscientifiques que pour les chercheurs en sciences du comportement.

Avant l’attention consciente

On a souvent l’impression de choisir consciemment ce qui attire notre attention. En réalité, le cerveau a une longueur d’avance considérable (jeu de mots tout à fait voulu).

Chaque scène visuelle contient bien plus d’informations que le cerveau ne peut en analyser simultanément. Au lieu de traiter chaque détail de la même manière, le système visuel identifie rapidement les éléments susceptibles d’être importants. Les couleurs vives, les mouvements brusques, les contrastes marqués, les visages humains, le texte et les objets inattendus se disputent tous l’attention du système visuel.

Cette première étape est appelée « attention ascendante ». Plutôt que de refléter des décisions conscientes, elle est déterminée par les propriétés du stimulus lui-même. Ce système a été façonné par l’évolution pour donner la priorité aux informations susceptibles d’être importantes pour la survie. Les visages, les mouvements brusques et les événements inattendus méritaient souvent d’être remarqués en premier, et ces mêmes mécanismes neuronaux continuent aujourd’hui encore de guider notre attention.

Ce n’est qu’ensuite que les processus descendants commencent à prendre le dessus. Ceux-ci sont influencés par nos objectifs, nos attentes et notre mémoire. Si vous cherchez les clés de votre voiture, votre cerveau commence rapidement à donner la priorité aux objets qui ressemblent à des clés, tout en filtrant d’innombrables détails sans rapport.

Que se passe-t-il dans le cerveau ?

Les chercheurs parlent souvent des « 500 premières millisecondes » comme s’il s’agissait d’un événement unique, mais il s’agit en réalité d’un relais très rapide, au cours duquel différents systèmes neuronaux se relaient les uns après les autres.

0 à 50 ms	La lumière réfléchie par le monde extérieur atteint la rétine, où les cellules photoréceptrices la transforment en signaux électriques qui sont transmis au cerveau par le nerf optique.
50 à 100 ms	Les signaux parviennent au cortex visuel primaire (V1), où le système visuel commence à extraire les éléments constitutifs bruts d’une image : les contours, l’orientation, le contraste, la couleur et le mouvement simple.
100 à 200 ms	L’information se propage par des voies visuelles spécialisées qui commencent à reconnaître les visages, les objets, le texte et les mouvements – un traitement qui reste encore largement ascendant. C’est à peu près dans cette fenêtre temporelle que les recherches utilisant des paradigmes de présentation rapide ont montré que le cerveau peut déjà commencer à distinguer des catégories telles que « animal » à partir d’une image affichée brièvement, et que les réponses neuronales spécifiques aux visages atteignent généralement leur pic.
200 à 300 ms	Le cerveau commence à associer les informations visuelles qu’il reçoit à la mémoire et aux expériences passées. La reconnaissance des objets s’affine, ce qui permet d’identifier les personnes, les lieux et les objets familiers.
300 à 500 ms	L’attention descendante prend de plus en plus le dessus. Plutôt que de réagir uniquement à ce qui attire visuellement l’attention, le cerveau commence à orienter son attention en fonction des objectifs et des intentions du moment. La perception consciente de la scène s’en trouve nettement enrichie, même si le traitement de l’information se poursuit bien sûr bien au-delà de la demi-seconde.

La perception, en d’autres termes, n’est pas un événement isolé. Il s’agit d’une cascade, à laquelle différentes régions du cerveau contribuent à différents moments : d’abord de manière ascendante, puis de manière descendante, qui suit de près.

Pourquoi 500 millisecondes ?

Ce chiffre n’a rien de magique en soi. Les chercheurs utilisent cette fenêtre temporelle car elle permet de saisir les toutes premières étapes du traitement visuel, avant que le raisonnement conscient et les objectifs descendants n’aient eu le temps de prendre le dessus. Bon nombre des signaux neuronaux les plus étroitement associés à la perception précoce – tels que l’extraction de caractéristiques, la reconnaissance initiale des objets ou les premiers changements d’attention – se concentrent au sein de cette fenêtre. Cela en fait une limite pratique pour étudier comment la vision commence, avant qu’elle ne s’entremêle avec la pensée délibérée.

L’œil ne cesse jamais de bouger

Même si nous avons l’impression d’observer le monde en permanence, nos yeux sont constamment en mouvement. Plusieurs fois par seconde, ils effectuent des mouvements rapides appelés « saccades », passant d’un point d’intérêt à un autre. Entre ces mouvements, les yeux s’immobilisent brièvement en fixations, d’une durée généralement comprise entre 200 et 300 millisecondes, et c’est au cours de ces brèves pauses que la plupart des informations visuelles détaillées sont en réalité recueillies.

L’oculométrie permet aux chercheurs de mesurer non seulement où les personnes posent leur regard, mais aussi l’ordre dans lequel elles le font, ce qui révèle comment l’attention se déploie dès les premiers instants de la perception et donne une forme directe et observable au passage de relais « de bas en haut » / « de haut en bas » décrit ci-dessus.

La durée ne fait pas tout

De nombreuses études évaluent l’attention en indiquant la durée totale d’observation : combien de temps une personne a passé à regarder une page web, l’emballage d’un produit, une publicité ou une interface. Mais la durée ne reflète qu’une partie de la réalité.

Deux conceptions peuvent aboutir à des durées totales d’observation quasi identiques tout en générant des schémas très différents dès les premiers instants. L’une peut diriger immédiatement le regard vers l’information la plus importante ; l’autre ne peut y parvenir qu’après plusieurs secondes d’exploration aléatoire. Pour de nombreuses questions de recherche, le moment où l’attention se pose sur un élément est tout aussi révélateur que la durée pendant laquelle elle y reste.

L’attention n’est pas une préférence

Il ne faut pas confondre l’attention immédiate avec l’appréciation ou l’engagement. Les gens remarquent facilement les erreurs visuelles, les lumières clignotantes ou les objets inhabituels, simplement parce que ceux-ci se démarquent visuellement, et non parce qu’ils sont agréables ou convaincants.

C’est pourquoi les chercheurs en sciences du comportement associent de plus en plus souvent l’oculométrie à d’autres mesures complémentaires : l’analyse des expressions faciales, les signaux physiologiques, l’EEG et les auto-évaluations. L’attention permet de déterminer où commence le traitement de l’information. Les autres mesures aident à expliquer ce qui se passe ensuite, et pourquoi.

Mesurer la première réaction du cerveau

Les 500 premières millisecondes s’écoulent bien trop vite pour que l’on puisse les décrire avec précision a posteriori. Si vous demandez à quelqu’un ce qui a d’abord attiré son attention, il vous donnera sans doute une réponse réfléchie et assurée, mais cette réponse reflète ce dont il se souvient, filtré par la mémoire et le récit, et pas nécessairement ce qui s’est réellement passé au cours de ces quelques centaines de millisecondes.

C’est pourquoi la mesure du comportement revêt une importance capitale. L’oculométrie permet de déterminer en temps réel où se porte l’attention, l’EEG enregistre l’activité neuronale avec une précision de l’ordre de la milliseconde, et les signaux physiologiques, tels que la conductance cutanée et la fréquence cardiaque, apportent des informations complémentaires sur les processus émotionnels et cognitifs. Ensemble, ces méthodes permettent aux chercheurs d’étudier la perception au fur et à mesure qu’elle se déroule, plutôt que de se fier à la mémoire a posteriori.

Un petit aperçu de la cognition humaine

Chaque fois que vous êtes confronté à quelque chose de nouveau, votre cerveau commence à prendre des décisions avant même que vous n’en ayez conscience. Au cours des 500 premières millisecondes, les systèmes visuels extraient des caractéristiques brutes, les réseaux attentionnels déterminent ce qui mérite la priorité, et la mémoire commence à façonner l’interprétation. 

Rien de tout cela ne détermine à lui seul toutes les décisions qui s’ensuivent. La perception reste influencée par la motivation, le contexte et l’expérience acquise par la suite (traitement descendant), mais elle pose les fondements sur lesquels tout le reste se construit. Les informations qui passent inaperçues au cours de ces premières centaines de millisecondes ont peu de chances d’influencer ultérieurement la mémoire, le jugement ou le comportement.

Pour les neuroscientifiques, les psychologues, les pédagogues et les chercheurs en sciences du comportement, cette demi-seconde reste l’un des aperçus les plus clairs dont nous disposons sur la manière dont le cerveau transforme la lumière brute en une expérience significative.

Références

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Itti, L., & Koch, C. (2001). Modélisation informatique de l’attention visuelle. Nature Reviews Neuroscience, 2(3), 194–203.

Rayner, K. (2009). Mouvements oculaires et attention dans la lecture, la perception des scènes et la recherche visuelle. The Quarterly Journal of Experimental Psychology, 62(8), 1457–1506.

Thorpe, S., Fize, D. et Marlot, C. (1996). Vitesse de traitement dans le système visuel humain. Nature, 381, p. 520-522.

Institut national de l’œil (NIH) — « Comment fonctionnent les yeux ». Présentation accessible de la phototransduction rétinienne et de la voie du nerf optique, pouvant servir de référence pour le grand public concernant la phase de 0 à 50 ms.