La Perception et la Psychophysique

La Perception: Introduction et la Psychophysique

• La perception est un ensemble de mécanismes permettant de reconnaître, d'organiser, et de donner un sens aux sensations issues des stimuli de l'environnement.
• La perception est un processus actif qui intègre des informations externes via nos organes sensoriels au système cognitif.
• Les récepteurs sensoriels captent l'énergie des stimuli.
• Ces récepteurs sont spécialisés et sensibles à des valeurs spécifiques de l'énergie.
• L'énergie, une fois en contact avec le récepteur, provoque une réaction et un influx nerveux vers le cortex.

Psychophysique : Fondements et Seuils

• La psychophysique est une branche de la psychologie visant à établir les lois générales de fonctionnement des systèmes sensoriels.
• Elle cherche à établir une relation entre les grandeurs physiques du monde extérieur et les grandeurs perçues par l'individu.
• Elle étudie les liens entre le domaine physique (mesurable) et le domaine psychique (ressenti).
• Ernst Heinrich Weber (1795-1878) a lié l'intensité de la stimulation à la force de la sensation. Il a découvert que la sensation tactile est plus forte en l'absence de poils, introduisant la notion de seuil différentiel.
• Gustav Theodor Fechner (1801-1887) a cherché à donner un caractère scientifique à la science de l'esprit en utilisant les mathématiques et la mesure.
• La notion de seuil perceptif est la frontière entre deux états subjectifs de sensation.

Le Seuil Absolu

• Le seuil absolu, ou seuil de détection, est le moment où un individu perçoit un stimulus.
• Le seuil absolu est l'intensité minimale d'une stimulation permettant de détecter la présence d'un stimulus dans une modalité sensorielle donnée.
• Chaque système sensoriel possède une limite inférieure (seuil absolu) et une limite supérieure, au-delà de laquelle la perception n'est plus possible.
• Un seuil de détection bas indique une sensibilité élevée du système sensoriel.
• Le seuil perceptif correspond à la valeur du stimulus détectée dans 50% des cas.
• La fonction psychométrique relie les différentes valeurs d'un stimulus au pourcentage de détection.
• Quand la valeur du stimulus est sous le seuil perceptif, on parle de valeur subliminaire.

Étude de Soto et al. (2008)

• L'étude visait à déterminer la différence maximale de position entre le son et l'image jugée cohérente par des spectateurs.
• Les participants étaient 10 étudiants chiliens.
• Le matériel comprenait des séquences vidéo et des sons présentés avec un haut-parleur.
• La valence émotionnelle des phrases était contrôlée.
• La méthode "des constantes" présentait une image avec une personne, puis une phrase, en faisant varier la position de l'image sans bouger le son.
• Treize ajustements de position étaient utilisés par pas de 2, et chaque ajustement était répété 9 fois, totalisant 234 essais.
• La mesure était le pourcentage de réponses "incohérentes" pour chaque position, représenté graphiquement.
• La variable dépendante (VD) était le pourcentage de réponses incohérentes.

Le Seuil Différentiel

• Le seuil différentiel est la limite de la différence entre deux stimulations en dessous de laquelle un individu ne parvient plus à les distinguer.
• C’est la différence minimale d’intensité nécessaire pour que deux stimuli soient perçus comme différents.
• Pour le mesurer, on présente deux stimuli d'intensité voisine et on détermine si la différence est perçue, le stimulus de référence étant appelé "étalon".
• La capacité à discriminer deux stimuli est généralement définie à 50 % des cas (parfois 75 %).

Exemple de Luyat (2009) et Loi de Weber

• Une baguette verticale de 30 cm sert de stimulus étalon, placée à trois mètres de l'observateur.
• Une deuxième baguette, le stimulus test, est placée sur la même ligne.
• La taille du stimulus test varie et l'observateur indique si elle lui paraît plus petite, plus grande ou égale à l'étalon.
• Diverses baguettes tests mesurent 20, 25, 27, 30, 33, 35 ou 40 cm, présentées aléatoirement cinq fois chacune, suivant une méthode constante.
• Le sujet arrive à distinguer laquelle des deux baguettes est la plus petite seulement à 0%.
• À 50%, le sujet n'arrive plus à distinguer.
• À 100%, le sujet arrive à distinguer complètement.
• Le seuil différentiel est la différence entre le seuil supérieur et le seuil inférieur, divisée par 2.
• Selon la loi de Weber ou de Bouguer-Weber, le seuil différentiel (ΔI) est proportionnel à la grandeur de la stimulation (I), ΔI = k x I.
• La constante k est spécifique au système sensoriel.
• Si k = 0,05 et qu'un poids de 300 g est utilisé, il faut augmenter le poids de 15 g (0,05 x 300) pour percevoir une différence.

II.4. Méthodes de Mesure des Seuils

• La méthode d'ajustement implique que l'individu ajuste lui-même la valeur du stimulus jusqu'à ce qu'il soit perçu. Cette méthode est peu précise et peu utile pour déterminer un seuil absolu.
• La méthode des limites présente des séries successives de stimuli, alternativement croissantes et décroissantes.
• Dans les séries croissantes, on commence avec un stimulus non perçu et on augmente jusqu'à perception.
• Dans les séries décroissantes, on commence avec un stimulus perçu et on diminue jusqu'à non-perception.
• L'individu doit indiquer s'il perçoit ou non le stimulus à chaque essai.
• Exemple : le test du compas de Weber, où l'on mesure l'écartement minimal perçu entre les pointes. Les écartements sont soit augmentés (ascendantes), soit diminués (descendantes).
• Cette méthode est sujette à l'effet d'hystérèse où le seuil perceptif est plus élevé pour la série ascendante, et à l'effet de contraste, où le seuil est plus élevé pour la série descendante.

Les Méthodes de Mesure des Seuils : La Méthode Constante

• Cette méthode implique la présentation répétée (10 à 20 fois) de différents niveaux de stimulations choisis pour encadrer la valeur recherchée.
• L'ordre des stimuli est aléatoire, et le sujet doit indiquer si le stimulus est perçu ou non à chaque présentation.
• A la fin, on compile le nombre de fois où chaque niveau de stimulus a été perçu.
• La méthode constante est la moins biaisée pour déterminer un seuil perceptif et pour établir la fonction psychométrique.
• La sensibilité de l'observateur, et la manière dont il prend ses décisions, peuvent influencer les résultats. La tâche de détection du signal (Tanner Jr & Swets, 1954) évalue la sensibilité et le critère C pour déterminer si le sujet est libéral ou conservateur.

Premières Étapes de la Perception Visuelle : Globe Oculaire et Rétine

• L'œil est l'organe de la vision, contenant les organes sensoriels et les photorécepteurs qui transforment l'énergie lumineuse en messages nerveux.
• La lumière est captée, renvoyée vers les couches transparentes de l'oeil, puis projetée sur la rétine.
• La cornée protège le globe oculaire des poussières et projette les rayons lumineux vers le cristallin.
• Le cristallin gère la taille de l'image captée pour la vision de près ou de loin.
• Le cristallin bombe et converge au loin, et est peu convergent de près, ce qui s'appelle l'accommodation.
• La lentille convergente réfracte les rayons lumineux qui se croisent et projettent une image nette sur la rétine.

Défauts de la Vision

• Myopie : le cristallin est trop convergent, l'image se forme en avant de la rétine (correction avec verres divergents).
• Hypermétropie : le cristallin n'est pas assez convergent, l'image se formerait au-delà de la rétine (correction avec verres convergents).
• Presbytie : avec l'âge, le cristallin se rigidifie et ne peut plus bomber pour voir de près (correction avec verres progressifs).
• Astigmatisme : les corps transparents ne sont pas homogènes, l'image rétinienne est déformée.

Structure et Photorécepteurs de la Rétine

• La rétine est une membrane tapissant le fond de l'œil. Elle contient les photorécepteurs et transporte l'information lumineuse vers le cerveau.
• La fovéa (au sein de la macula) mesure 1,5 mm de diamètre, suit la forme de l'œil (concave) et contient exclusivement des cônes, pour la vision diurne et colorée.
• Le point aveugle est dépourvu de photorécepteurs, où se rassemblent les fibres nerveuses pour former le nerf optique, créant une lacune dans le champ visuel.
• Les photorécepteurs contiennent une substance chimique sensible à la lumière, qui déclenche des réponses électriques.
• Chaque type de cône réagit à une longueur d'onde spécifique : L pour le rouge, S pour le bleu, M pour le vert.
• Les cônes sont peu présents dans les régions périphériques à la fovéa.
• Il existe six à sept millions de cônes, sensibles aux variations des longueurs d'ondes, intervenant dans la perception des couleurs (S, M et L), principalement situés dans la zone centrale de la fovéa.
• Il existe 120 millions de bâtonnets, localisés à la périphérie de la rétine, pas sensibles à la couleur (nuances de gris) et sensibles à la lumière, responsables vision périphérique et vision crépusculaire.

Traitements Visuels Élémentaires : Cellules Ganglionnaires

• Les cônes et les bâtonnets sont liés aux cellules bipolaires qui sont liées aux cellules ganglionnaires. les axones des cellules ganglionnaires forment le nerf optique.
• Les cellules ganglionnaires jouent un rôle dans la formation du nerf optique et sont impliquées dans les traits visuels élémentaires comme la couleur, l'orientation, le mouvement, le contraste et la fréquence spatiale.
• Il existe deux types de cellules ganglionnaires : parvocellulaires (P) et magnocellulaires (M).
• Les cellules parvocellulaires (P) sont petites, reliées aux cônes, sensibles aux couleurs et localisées au niveau de la fovéa.
• Les cellules magnocellulaires (M) sont grandes, liées aux bâtonnets et se distribuent sur l'ensemble de la rétine.
• Les axones des cellules ganglionnaires forment le nerf optique. 10% des fibres nerveuses sont reliées au colliculus supérieur (système tectopulvinarien) et interviennent dans les saccades oculaires. 90% des fibres sont reliées aux corps genouillés latéraux (système géniculostrié) et se projettent dans l'aire V1 (striée).

Aires Visuelles et Contraste

• Les traits sont traités indépendamment dans V1.
• Neurones de V1 : orientation; V4 : couleur; V5 : mouvement; V3 : forme.
• L'extraction des traits visuels est simultanée et rapide, guidée bottom-up (environnement et stimulation) et top-down (connaissance de la mémoire sémantique de l'individu).
• Le contour est déterminé par le contraste.
• Le contraste est la différence dans les propriétés visuelles d'une scène, différenciant une zone des autres.
• Son rôle est dans la lumière et la couleur.
• Pour tester le contraste de luminance, des lignes noires sont présentées sur un fond blanc, et le contraste entre les lignes blanches et noires est modulé.
• Le contraste est calculé par la formule c = (Lmax-Lmin)/Lmin.
• Au niveau des photorécepteurs, les cellules au repos (non éclairées) émettent des trains d'ondes lents, tandis que les cellules éclairées (activées) émettent des trains d'ondes rapides.
• Les cellules voisines sont inhibées par les cellules horizontales et bipolaires, ce qui crée des mécanismes de contour où les parties non éclairées sont perçues plus sombres, et les parties éclairées, plus lumineuses.

Fréquence Spatiale et Couleurs

• La fréquence spatiale mesure la vitesse de changement dans une scène visuelle. Les dessins animés en sont un exemple.
• La haute fréquence spatiale correspond aux détails fins (lignes noires), tandis que la basse fréquence spatiale correspond à la forme globale (lignes blanches).
• Les stimuli hybrides génèrent deux perceptions possibles d'une même image.
• Il existe un ensemble de cônes différenciés, sensibles à des longueurs d'ondes spécifiques, mais les détails par coeur ne sont pas nécessaires .
• Thomas Young (1801) a développé la théorie trichromatique, et Hermann von Helmoltz (1821-1894) a identifié les trois couleurs fondamentales : rouge, vert et bleu.

Théorie des Couleurs et Daltonisme

• La théorie des couleurs complémentaires de Hering (1834-1918) postule l'existence de 4 couleurs fondamentales.
• Fixer une couleur rouge puis reporter les yeux sur une surface blanche crée un halo vert, un effet consécutif des couleurs.
• L'existence de couples de récepteurs rouge/vert et bleu/jaune fonctionne de manière complémentaire : le rouge fait place au vert, le bleu fait place au jaune.
• La théorie mixte de Hurvich et Jameson (1957) propose un traitement de la lumière en trois niveaux.
• Au premier niveau, les récepteurs (cônes) des trois couleurs élémentaires (rouge, vert, bleu).
• Au deuxième niveau, combinaison de certains récepteurs du vert et du rouge pour donner la couleur jaune.
• Au troisième niveau, un système antagoniste bleu/jaune ou rouge/vert. L'effet consécutif est une période réfractaire du système antagoniste.
• Le daltonisme, un cas spécial, est lié à 3 gènes déterminant la fabrication des pigments de la vision des couleurs (Nathans, 1989).
• Il peut être situé sur le chromosome 7 (pigment bleu) ou sur le chromosome X (gène rouge en avant dernier et gène vert en dernier). Le daltonisme est une anomalie de duplication des chromosomes lors de la division cellulaire.
• Les animaux ont diverses capacités de vision des couleurs. Les vertébrés ont des rétines composées de cônes et bâtonnets, permettant la distinction des couleurs, alors que les mammifères marins ont des rétines composées de bâtonnets et ne sont pas sensibles à la couleur. Chez le chat il ne voit pas les couleurs rouge.

Structuration Perceptive et Gestalt : Organisation de la Perception

• La perception consiste à organiser les objets constitutifs d'une configuration visuelle en groupes cohérents, selon l'approche gestaltiste.
• L'approche structuraliste décompose les totalités en éléments.
• La théorie de la Gestalt cherche à aborder les mécanismes globaux impliqués dans la structure perçue de l'environnement.
• Les fondateurs sont Koffka (1886-1941), Köhler (1887-1969), Wertheimer (1880-1943) et Lewin (1890-1947).
• L'école gestaltiste postule que le tout n'est pas égal à la somme de ses parties, contrairement au structuralisme.
• La loi de prégnance (Koffka, 1935) stipule que l'on tend à percevoir toute espèce de configuration visuelle de manière cohérente et stable, plutôt que désorganisée.

Principes Gestaltistes : Proximité, Similarité, Continuité

• Loi de la proximité : les éléments proches spatialement ou temporellement tendent à se grouper dans la même configuration.
• Loi de similarité : des éléments semblables sont perçus comme appartenant à la même configuration.
• Loi de continuité : tendance à regrouper les éléments situés dans le prolongement les uns des autres, favorisant une trajectoire continue.

Principes Gestaltistes : Clôture, Destin Commun, Bonne Forme

• Loi de clôture : tendance à construire des configurations ne comportant pas de lacunes et à concevoir des objets fermés.
• Loi du destin commun : tendance à regrouper comme appartenant à un même objet des éléments qui se déplacent en suivant la même trajectoire.
• Loi de la bonne forme : tendance à percevoir des formes connues plutôt que d'autres formes.
• La perception implique aussi une distinction figure-fond.
• Chaque loi confirme le principe de général de prégnance: ce que nous percevons autour de nous est une configuration cohérente et continue de figure et de fond.

Constances Perceptives

• Les constances perceptives sont un ensemble de phénomènes manifestant une invariance relative des propriétés perçues des objets malgré des changements de stimulation.
• Elles participent à la vision cohérente de notre environnement, mais peuvent parfois mener à des illusions.
• La constance perceptive de la taille est la capacité à percevoir un objet comme conservant la même grandeur malgré le changement de sa taille dans le stimulus.
• Il existe une taille de l'objet, qui diffère de la taille de l'image rétinienne (mais la taille de l'image rétinienne contribue à l'estimation de la taille).
• La capacité de percevoir cette équivalence, la "constance" de taille, est malgré la différence de taille rétinienne.
• L'estimation correcte de la taille requiert la présence d'indices de perspective.
• L'absence d'indices entraîne l'égalité de la taille réelle et de la taille de l'image rétinienne.
• Une interprétation erronée peut mener à une illusion perceptive.
• L'illusion de taille se produit lorsque les indices de profondeur sont contradictoires avec la grandeur de l'image rétinienne.

Constances de Forme et Perception de la Profondeur

• La constance perceptive de la forme implique la constance perçue des différentes parties de l'objet.
• La reconnaissance de la forme d'un objet se fait quelles que soient les variations de taille, de rotation et d'environnement.
• Même si la forme rétinienne est déformée, la forme constante nous permet d'attribuer perceptivement au stimulus la même forme, malgré la forme rétinienne.
• Les zones extrastriées sont spécialisées dans l'analyse de la forme (Kanwisher al., 1996).
• Les constances de la taille et de la forme sont sous-tendues par la perception de la profondeur.
• La perception de la profondeur (ou troisième dimension) est nécessaire pour percevoir correctement la taille des objets et pour saisir les objets dans l'espace grâce aux déplacements.

Indices Physiologiques et Construction de la Profondeur

• la rétine a une image bidimensionnelle, et le système visuel doit opérer des changements pour percevoir la profondeur et la troisième dimension.
• L'accommodation permet au cristallin de modifier sa courbure grâce au muscle ciliaire, assurant une image nette quelle que soit la distance, mais est nulle lorsque l'objet est au-delà de 6 mètres.
• le degré de flou sert comme indicateur de la profondeur.
• Si l'objet est proche, les yeux convergent, permettant à l'image de se projeter sur la fovéa des deux yeux. Plus l'objet est proche, plus le degré de convergence des yeux est grand. Sollicitation du muscle droit medial et du muscle droit lateral —> Propriorécepteurs —> Indice de la distance qui sépare l'objet de l'observateur
• Les indices de construction de la profondeur incluent l'occlusion/recouvrement, où un objet masquant un autre indique qu'il est situé derrière. Deux objets distincts couplés au premier plan doivent être visibles.

Indices de Perspectives et Constances de la Clarté et des Couleurs

• Les indices de perspective incluent : point de fuite, diminution de la taille des objets, rapprochement de la ligne d'horizon pour les objets éloignés, et déformation des textures.
• Les ombres, si elles sont représentées dans un dessin à plat, sont perçues en volume.
• La constance de la clarté et des couleurs est la capacité à reconnaître une couleur ou clarté aux objets même dans des conditions d'éclairement différentes, indépendamment des facteurs physiques.
• Le rapport entre la lumière réfléchie par des surfaces voisines est une source d'information, quelles que soient les conditions d'éclairage.
• L'estimation de la réflectance et de la clarté est imparfaite sans accès simultané à la réflectance des objets environnants.
• La comparaison des lumières réfléchies respectives permet une perception colorée et une clarté stables.
• Un même carré gris est perçu plus foncé sur un fond clair que sur un fond noir.

Voies de Traitement Visuel : Ventrale et Dorsale

• A partir de V1, deux voies de traitement prennent des trajets différents : la voie dorsale et la voie ventrale

Voie Ventrale

• La voie ventrale dépend du système parvocellulaire.
• Elle emprunte le trajet suivant : Fovéa → thalamus (corps genouillés latéraux) → cortex occipital (aire V1, V2, V4) → cortex inféro-temporal (environ 150 ms).
• Elle est spécialisée dans l’identification des formes et des scènes visuelles
• Les cônes sont nombreux, l’image est image nette, les formes et les couleurs sont analysées
• C’est la voie du quoi ‘what’?

Voie Dorsale

• La voie dorsale dépend du système magnocellulaire.
• Elle emprunte le trajet suivant : Périphérie rétine → tubercules quadrijumeaux → noyaux oculo-moteurs (mouvement des yeux) → cortex occipital (aire V1, V2, MT, V5) → cortex pariétal + communication avec le cortex frontal (processus attentionnels)
• elle est spécialisée dans la localisation de la cible (mouvement des yeux)
• Elle commande les mouvements oculaires, soit automatiques soit plus élaborés.
• C’est la voie du où ‘where’?

Approche Cognitiviste de la Perception

• L'approche cognitiviste est née dans les années 1950.
• Perception : stimulus → sensation → perception → action.
• La perception est l'acquisition et le traitement de l'information sensorielle (dans le but de voir, d'entendre, de sentir, de goûter les objets dans le monde) et guide ainsi les actions de l'organisme.
• Trois niveaux fonctionnels principaux (Bonnet, 1992).
  • Niveau sensoriel : premiers traitements effectués par le système visuel sur l'image. Caractéristiques physiques des stimuli (couleur, orientations…)
  • Niveau perceptif ( ou configurationnel) : mise en correspondance des traitements sensoriels précédents. Se fait la ségrégation figure-fond, perception de la forme et perception d'objets
  • Niveau cognitif (ou conceptuel) : Donner une signification aux perceptions issues du niveau 2. . Les objets sont reconnus et identifiés, et interagissent avec la mémoire.

Agnosies ou Déficits de la Perception

• Les patients atteints d'agnosies ont des déficits dans la capacité à percevoir l'information sensorielle (Moscovitch et al., 1997).
• La simultagnosie est un déficit situé au niveau temporal.
• L'agnosie spatiale est liée une lésion dans le lobe pariétal : difficultés d'adaptation, se sentir perdu, incapacité à se repérer.
• La prosopagnosie est une atteinte du lobe temporal droit (gyrus fusiforme), sévère dans la reconnaissance des visages humains (Farah et al., 1995).