Détails de la carte Comment le cerveau organise les données visuelles
La carte, obtenue grâce à des modèles informatiques de données d'imagerie cérébrale collectées pendant que des volontaires regardaient des heures de clips vidéo, est ce que les chercheurs appellent «un espace sémantique continu».
Certaines relations entre les catégories ont du sens, les humains et les animaux partageant le même «voisinage sémantique», tandis que d'autres sont moins évidents, comme les couloirs et les seaux, notent les chercheurs.
«Nos méthodes ouvrent une porte qui mènera rapidement à une compréhension plus complète et détaillée de l'organisation du cerveau. Déjà, notre visionneuse de cerveau en ligne semble fournir le regard le plus détaillé jamais réalisé sur la fonction visuelle et l'organisation d'un seul cerveau humain », a déclaré Alexander Huth, étudiant au doctorat en neurosciences à l'UC Berkeley et auteur principal de l'étude publiée dans la revue Neurone.
Selon le chercheur, une meilleure compréhension de la façon dont le cerveau organise la saisie visuelle peut aider au diagnostic médical et au traitement des troubles cérébraux.
Ces résultats peuvent également être utilisés pour créer des interfaces cerveau-machine, en particulier pour les systèmes de reconnaissance faciale et d'autres images, a-t-il ajouté. Entre autres, ils pourraient améliorer la capacité d’un système de paiement automatique d’épicerie à reconnaître différents types de marchandises.
«Notre découverte suggère que les scans du cerveau pourraient bientôt être utilisés pour étiqueter une image que quelqu'un voit, et peuvent également aider à apprendre aux ordinateurs comment mieux reconnaître les images», a déclaré Huth, qui a produit une vidéo et un site Web interactif pour expliquer la science de ce que les chercheurs ont trouvé.
On a longtemps pensé que chaque catégorie d'objets ou d'action que les humains voient - personnes, animaux, véhicules, appareils ménagers et mouvements - est représentée dans une région distincte du cortex visuel, a noté Huth. Dans cette dernière étude, les chercheurs de l'UC Berkeley ont découvert que ces catégories sont en fait représentées dans des cartes hautement organisées et superposées qui couvrent jusqu'à 20% du cerveau, y compris les cortex somatosensoriel et frontal.
Les scientifiques ont enregistré l'activité cérébrale de cinq chercheurs par imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) alors qu'ils regardaient chacun deux heures de clips vidéo. Les scintigraphies cérébrales mesuraient le flux sanguin à des milliers d'endroits à travers le cerveau.
Les chercheurs ont ensuite utilisé une analyse de régression linéaire régularisée, qui trouve des corrélations dans les données, pour construire un modèle montrant comment chacun des quelque 30000 emplacements dans le cortex répondait à chacune des 1700 catégories d'objets et d'actions vues dans les clips vidéo. Ensuite, ils ont utilisé l'analyse des composantes principales, une méthode statistique qui peut résumer de grands ensembles de données, pour trouver «l'espace sémantique» qui était commun à tous les sujets de l'étude.
Les résultats sont présentés dans des cartes multicolores et multidimensionnelles montrant les plus de 1 700 catégories visuelles et leurs relations les unes avec les autres. Les catégories qui activent les mêmes zones cérébrales ont des couleurs similaires, ont souligné les chercheurs. Par exemple, les humains sont verts, les animaux sont jaunes, les véhicules sont roses et violets et les bâtiments sont bleus.
«En utilisant l'espace sémantique comme outil de visualisation, nous avons immédiatement vu que les catégories sont représentées dans ces cartes incroyablement complexes qui couvrent beaucoup plus du cerveau que prévu», a déclaré Huth.
Source: Université de Californie, Berkeley
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