Découvrez comment le cerveau transforme de simples lignes en scènes riches de sens. Grâce à des principes de la Gestalt tels que la « bonne continuité », nous regroupons les formes en ensembles cohérents. Le traitement visuel primaire (V1) détecte l’orientation des lignes, tandis que des outils comme les patchs de Gabor aident à comprendre comment nous percevons les contours — même en présence de bruit —, façonnant ainsi notre interprétation du monde.
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Imaginez une photo pittoresque d’une maison sur une colline. En avez-vous une en tête ?
Imaginez maintenant que vous modifiiez le contraste, voire les couleurs : vous pouvez toujours identifier et comprendre ce qui se trouve sur cette photo. La maison sur la colline ressemble toujours à une maison sur une colline. En revanche, si vous prenez la même image et que vous modifiez les objets ainsi que leur orientation les uns par rapport aux autres, cela change radicalement ce que vous voyez. Nous avons tendance à percevoir les scènes visuelles en termes de couleurs et d’éclairage ; cependant, ce sont les objets et leurs contours les uns par rapport aux autres qui revêtent une plus grande importance.
Heureusement, le système visuel humain construit une image cohérente du monde en distinguant les formes et leurs relations avec les autres objets (c’est-à-dire la manière dont les objets sont positionnés les uns par rapport aux autres). En 1935, Kurt Koffka a affirmé que lorsque des éléments orientés individuellement sont alignés ou organisés de manière colinéaire, notre système visuel perçoit ces éléments distincts comme formant un tout [1].
Psychologie de la Gestalt
Ce que Koffka a décrit correspond à ce que l’on appelle la « bonne continuation » : notre système visuel perçoit ces éléments individuels comme un ensemble lorsqu’ils partagent des caractéristiques communes. Ces principes ou « lois » de la perception visuelle constituent les fondements d’un domaine d’étude appelé psychologie de la Gestalt.
Les chercheurs en Gestalt s’intéressent à la manière dont les éléments d’une image forment un tout. Ces scientifiques n’étudient pas seulement les parties d’une scène, mais aussi les lignes, les contours et la symétrie. Croyez-le ou non, les chercheurs déploient d’importants efforts pour comprendre la perception humaine en termes de Gestalt depuis les années 1890. Il existe des études et une littérature entières consacrées à la compréhension des principes de la Gestalt et à la manière dont nous interprétons et identifions les contours. Les principes de la Gestalt sont illustrés dans les images de la figure 1.
Figure 1 (a). Exemples de principes de la psychologie de la Gestalt.
Figure 1 (b). Exemples de principes de la psychologie de la Gestalt.
En jetant un coup d’œil rapide aux images de la figure 1, notre cerveau complète automatiquement les éléments manquants dans l’exemple de fermeture (a), et nous parvenons à distinguer la figure du fond (b). Le système visuel humain regroupe rapidement les images sans même que nous ayons besoin d’y réfléchir.
Recherche sur le cerveau / V1
Comment le cerveau traite-t-il ces informations pour qu’elles respectent les principes de la Gestalt ?
Commençons par examiner le processus de la vision : la lumière pénètre dans l’œil, traverse d’abord la cornée, puis le cristallin, pour atteindre la rétine, où elle est transformée en impulsions électriques par les récepteurs situés à l’arrière de l’œil. Le nerf optique transmet ensuite ces informations électriques au cortex visuel.
Le cortex visuel (également appelé lobe occipital) est situé à l’arrière de la tête et comprend plusieurs zones impliquées dans le traitement visuel. La première zone impliquée dans ce processus est appelée V1 ; elle contient des neurones spécialisés qui réagissent uniquement à des orientations très précises des lignes.
Hubel et Wiesel [2, 3] (futurs lauréats du prix Nobel) ont été les premiers à mettre ce phénomène en évidence grâce à leurs expériences d’enregistrement sur des cellules isolées (chez le chat). Ils ont découvert que les neurones isolés n’émettaient un signal que lorsqu’une ligne présentant une orientation très précise était présentée à l’œil ; si l’orientation de la ligne était légèrement différente, le neurone ne réagissait pas. Une fois que ces neurones sensibles à l’orientation, ou « accordés », communiquent entre eux, ils contribuent à construire notre perception visuelle d’un monde cohérent. Les signaux correspondant aux différentes lignes s’assemblent pour former une image complète, qui correspond à ce que nous voyons.
Patchs de Gabor
L’étude des contours – ces lignes mêmes que notre système visuel perçoit – a donné lieu à la mise en œuvre de multiples méthodes de recherche.
Figure 2. Exemple d’un patch de Gabor. Généré à partir de https://www.cogsci.nl/gabor-generator
Les motifs de Gabor, comme le montre l’image ci-dessus, sont souvent utilisés comme stimuli en sciences de la vision, car on considère qu’ils constituent une approximation de ce à quoi réagissent les cellules sensibles à l’orientation du cortex visuel primaire (V1) (voir figure 2). Les motifs de Gabor sont constitués de sinusoïdes, comme le montre la figure 3, mais les lignes sont normalisées.
Figure 3. Représentation d’une sinusoïde.
Les taches de Gabor ressemblent à des taches noires et blanches, mais elles s’avèrent très utiles en recherche, car elles peuvent être orientées dans n’importe quelle direction, agrandies ou réduites, voire voir leur contraste modifié, afin d’étudier la manière dont le système visuel réagit.
Les taches de Gabor sont quantifiables et peuvent être modifiées en fonction des besoins de l’expérience, qu’il s’agisse d’un stimulus isolé ou d’un contour dissimulé dans le bruit visuel, ce qui les rend plus difficiles à repérer (voir figure 3).
C’est là que les études psychophysiques prennent tout leur sens, et que nous pouvons commencer à comprendre où se situent les limites de la perception visuelle humaine. Les chercheurs ont eu recours à diverses tâches pour s’interroger non seulement sur notre traitement visuel des lignes, mais aussi sur notre capacité à percevoir les contours dans un environnement bruyant.
Une manière simple de déterminer si les personnes sont capables de repérer un contour dans un « bruit de fond » (voir figure 4) consiste à leur demander de tracer le contour avec leur doigt (par exemple [4]) ou de choisir entre des contours fermés et ouverts [5]. La compréhension du développement de cette capacité visuelle chez le nourrisson a été étudiée à l’aide de paradigmes de choix forcé, dans lesquels le participant doit déterminer l’emplacement des contours [6, 7].
Figure 4. Contour d’un patch de Gabor en présence de bruit. D’après Baker et al. (2008).
« Et alors ? », pourriez-vous demander, puisque nous voyons tous sans difficulté les contours, les lignes et les bords lorsque nous ouvrons les yeux. On comprend vraiment l’importance de la détection des contours lorsqu’on saisit ce qui se passe lorsque cette capacité ne se développe pas, comme l’ont montré des études sur les animaux [8]. Comprendre le fonctionnement du système visuel permet aux scientifiques de mettre au point des solutions aux problèmes qui surviennent lorsque ce système ne fonctionne pas correctement.
En conclusion, notre système visuel est parfaitement équipé pour percevoir les contours et leur orientation. Grâce aux principes de la Gestalt, les scientifiques ont constaté que le système visuel humain regroupe automatiquement les éléments afin de former une image cohérente du monde. En décomposant les éléments fondamentaux d’une scène visuelle à l’aide des contours, des patchs de Gabor et d’autres concepts, nous pouvons étudier les neurosciences de la vision et comprendre ce qui nous permet d’apprécier la vue d’une maison nichée sur une colline.
J’espère que vous avez apprécié cette présentation de certains processus de la perception visuelle. Si vous souhaitez en savoir plus sur la principale méthode utilisée pour étudier le traitement visuel, téléchargez ci-dessous notre guide gratuit sur l’oculométrie.
Références
[1] Koffka, K. (1935). Principes de la psychologie de la Gestalt. Londres : Routland & Kegan Paul.
[2] Hubel, D. H., & Wiesel, T. N. (1959). Champs réceptifs de neurones isolés dans le cortex strié du chat. Journal of Physiology, 148, 574–591.
[3] Hubel, D. H., & Wiesel, T. N. (1962). Champs réceptifs, interaction binoculaire et architecture fonctionnelle du cortex visuel du chat. The Journal of Neuroscience, 160, 106–154.
[4] Jolicoeur, P., Ullman, S., & Mackay, M. (1991). Propriétés du traçage visuel de courbes. Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance, 17(4), 997.
[5] Kovacs, I., & Julesz, B. (1993). Une courbe fermée est bien plus qu’une courbe incomplète : effet de la fermeture dans la segmentation figure-fond. Actes de l’Académie nationale des sciences, 90(16), 7495-7497.
[6] Gerhardstein, P., Kovacs, I., Ditre, J., & Feher, A. (2004). Détection de la continuité et de la fermeture des contours chez les bébés de trois mois. Vision Research, 44, 2981–2988.
[7] Baker, T. J., Tse, J., Gerhardstein, P., & Adler, S. A. (2008). Intégration des contours chez les nourrissons de 6 mois : discrimination de formes de contours distinctes. Vision Research, 48(1), 136-148.
[8] Blakemore, C., & Cooper, G. F. (1970). Le développement du cerveau dépend de l’environnement visuel. Nature, 228(5270), 477.