Cours 1 - Perception - PDF

Cours 1 – Perception Intérêt et importance de la perception - Première étape vers les prothèses perceptuelles o Implant cochléaire § Connaissance fonctionnement système auditif o Rétine artificielle § Connaissance fonctionnement rétinotopie o Thérapie...

Cours 1 – Perception Intérêt et importance de la perception - Première étape vers les prothèses perceptuelles o Implant cochléaire § Connaissance fonctionnement système auditif o Rétine artificielle § Connaissance fonctionnement rétinotopie o Thérapie optogénétique § Rétinite pigmentaire Maladie dégénérative Certains tissus de l’œil affectés Perte de photorécepteursà éventuellement complète Traitement : Injection vecteur viral adénoassocié + stimulation lumineuse avec lunettes. Interaction injection + lunette peut rétablir la sensation de vision. o Peut détecter et toucher objets o Démontre une activité cérébrale - Étude la difficulté des tâches perceptuelles et construction de meilleures interfaces homme – machine (ergonomie cognitive) o Conception de systèmes/outils/environnements qui correspondent aux capacités et aux limites cognitives humaines § Amélioration de performance § Réduction d’erreurs § Minimisation de charge mentale  o Exemples de bons designs § Plaque de couleur d’Ichihara Détection de la dichromatie ou trichromatie anormale § Dazzle paint Flotte navale française Rayures confondent autres bateaux Très dur de déterminer direction et position de celui-ci o Cible difficile pour bateaux ennemis. - Sous discipline des sciences cognitive o Surtout perception visuelle o Plus complète Sensation et perception - Sensation : o Habileté de détecter un stimulus o Transformation en expérience personnelle - Perception : o Don de sens à la sensation détecter o Fait après la sensation o Typiquement étudiée par psychologues, mais aussi : § Biologistes § Informaticiens § Docteurs § Neuroscientifiques § Etc. - Au cœur de notre vie mentale o Organisation et connaissance du monde qui nous entoure o 2 Platon et l’allégorie de la caverne - Intérêt de la perception depuis longtemps par les philosophes - Selon Platon : o Sens ne donnent que de simples ombres de la réalité auxquelles nous ne pouvons pas nous fier L’Étude scientifique de la sensation et de la perception - Science requiert méthode scientifique Seuils et aube de la psychologie - Trouver les limites de ce qui peut être perçu - Ex : Modulation du bruit d’une image pour déterminer le seuil de reconnaissance - Gustav Fechner (1801-1887) o Inventeur de la psychophysique § Association physique – perceptif § Science qui définit les relations quantitatives entre les évènements physiques et psychologiques (subjectifs) o Père de la psychologie expérimentale o Presque devenu aveugle à trop regardé soleil o Loi de Fechner § Peu importe sens étudié § Où : P = perception subjective de l’intensité du stimulus (ou sensation) K = constante qui dépend du type de stimulus S = Intensité physique du stimulus mesuré objectivement (DB, lux, etc.) 3  S0 = Seuil absolu ou intensité minimale nécessaire pour qu’un stimulus soit détecté. Scaling : - Mesure de l’expérience subjective Théorie de détection des signaux (SDT) - Exemple tout au long de l’explication : Attente d’un appel important - Théorie psychophysique o Quantifie la réponse d’un observateur à la présentation d’un signal bruité - Cherche à mieux comprendre comment humains prennent des décisions - Importance : Détection d’un gun à l’aéroport, détection de signaux radar, etc. - Quatre situations de stimulus/réponse possible o Hit § Stimulus présent ; réponse oui o Miss § Stimulus présent ; répond non o False alarm § Stimulus non-présent ; répond oui o Correct rejection § Stimulus non-présent : répond non 4  - Distinction entre : o Sensibilité § Valeur qui définit la facilité avec laquelle un observateur peut faire la différence entre présence et absence d’un stimulus OU différence entre 2 stimuli § Habilité de l’observateur à percevoir un signal o Critère : Propension à le rapporter § Seuil interne défini par l’observateur Si réponse interne supérieure au critère o Production de réponse Sous le critère 5  o Réponse différente o Peuvent être dynamiques § Sensibilité à la sonnerie du téléphone change si j’attends un appel important. o Distinction entre sensibilité et critère = grande force de SDT - Autre exemple montrant l’importance de SDT : o Mammographie Neuroscience sensorielle - Biologie de la sensation et de la perception - Doctrine de l’énergie spécifique des nerfs : o Johannes Müller (1801-1858) 6  o Nature d’une sensation dépend de quelles fibres sensorielles sont stimulées plutôt que comment elles sont stimulées. o Approche localiste : telle fibre stimulée = tel effet sur sensation o Un nerf donné est réceptif à seulement un type de sensation § Émane les 12 nerfs crâniaux - Nerfs crâniaux o 12 paires o Origine du Tc o Rejoignent organes sensoriels et muscles o Info sensorielle § Olfactifs (I) § Optiques (II) § Auditifs (VIII) o Muscles servant aux mouvements oculaires § Oculomoteur (III) § Trochléaires (IV) § Abducteurs (VI) NB : Pour examen, savoir séparer nerfs moteurs des nerfs sensoriels (voir image ci-dessous) 7  - Aires corticales aussi sont séparés en sensoriel VS moteur o Certaines aires polysensorielles § Combinent info provenant de plusieurs sens (intégration sensorielle) - Santiago Ramon y Cajal o 1852-1934 o Dessins de neurones et structures neurales très détaillés o Découverte synapse o Prix Nobel de Médecine - Synapse o Jonction inter-neurones qui permet transfert d’information 8  - Neurotransmetteur o Substance chimique utilisée dans la communication neuronale au niveau des synapses - Décharge neuronale : potentiel d’action o Déchargent en mode tout ou rien o Nb de PA/seconde = niveau d’excitation du neurone o Début près du corps cellulaire, propage vers terminaison axonale o Processus électrochimique (NA+ et K+) Neuroimagerie - EX : N170 à reconnaissance ou détection d’un visage à 170ms - EEG o Existe depuis + de 100 ans o ERP/potentiels évoqués § Nécessite moyenne de plusieurs essais EEG 9  o Topographie § Trance dans le temps ou on montre le voltage dans le temps pour chacune des électrodes sur une carte des régions topographiques du scalpe. § Peut pas conclure que neurones direct en dessous de l’électrode qui est activé (mauvaise résolution spatiale). Image ci-dessous : peut pas dire que activation dans V1 - Magnétoencéphalographie (MEG) o Similaire EEG o Mesure changements d’activité magnétique de populations de neurones cerveau o Mm résolution temporelle que EEG, mais meilleure résolution spatiale o Capte champs magnétiques reliés au PA. Ils sont moins impactés par tissus (distorsion). Moins bonne résolution spatiale que IRMf, pas suffisant pour tirer conclusions. - Tomodensitométrie o Computerized tomography (CT) o Utilise rayons X pour générer images par tranche de volume de matière o Bon pour structurel/anatomique - IRM o Utilise réponse des atomes à un puissant champ magnétique pour générer images de l’anatomie o Précision spatiale à moins du mm près o Aucune précision temporelle 10  o Tellement précis que pour études, on doit dévisager les photos pcq tlm grande précision, que peut reconnaitre. - IRMf o Extension de IRM o Mesure patrons localisés d’activité cérébrale o Aire cérébrale est activé, neurones consomment un peu d’oxygène à large augmentation du flux sanguin dans cette région à réduction de concentration de désoxyhémoglobine o Mesure indirecte de l’activité cérébrale o Très bonne résolution spatiale o Résolution temporelle de quelques secondes - Signal BOLD o Blood Oxygen Level Dependant o Ratio qté d’hémoglobine oxygénée et désoxygénée o Permet localisation de neurones du cerveau qui sont impliqués dans une tâche. o Utilisé en IRMf - Tomographie par émission de positrons o Permet de définit aires cérébrales contenant des neurones actifs lors d’une tâche o Mesure métabolisme de cellules avec des isotopes radioactifs o Plus direct o Invasif (injection isotopes radioactifs) - OPM o Optically Pumped Magnetometers 11  o Similaire à la MEG au niveau technique o Mesure de signaux magnétiques très subtils o Aucun besoin de refroidissement cryogénique § Plus flexible et sensible que MEG § Coûte moins cher de ressources (hélium se raréfie) o Résolution temporelle précise (EEG et MEG) o + de canaux d’enregistrement à peut potentiellement rivaliser avec l’IRMf au niveau de la résolution spatiale o Capteurs plus près du scan, plus précision o Éventuellement bonne combinaison des résolutions o Avantage pour étude sur enfants (VS MEG) pcq casque donc possibilité de rapprocher du signal o Mouvements possibles sans affecter les mesures Modèles computationnels - Maths et calculs pour comprendre perception - Création de neurones artificiels - Simulent, à l’aide d’ordinateurs, les étapes de processus psychologiques et/ou neuronaux en utilisant le langage et les équations issues des mathématiques et de l’informatique. 12  - Efficient coding models o Horace Barlow, 1961 o Modèles théoriques ou computationnels qui découvrent la prédictibilité dans l’input sensoriel pour encoder le monde efficacement § Traitement de l’indo par systèmes sensoriels du cerveau devrait être adapté aux stimuli naturels. § Neurones du système visuel (ou auditif) devraient être optimisés pour encoder images (ou sons) qui sont représentatifs de ceux rencontrés dans la nature - Modèles « Bayésiens » o Thomas Bayes o Karl Friston (principes d’énergie libre) o Utilisent statistiques bayésiennes pour construire des prédictions (predictive coding) à partir de nos connaissances antérieures de l’environnement § Principe de l’énergie disponible (free energy principle) Formulation explicite Explique comment les systèmes vivants et non-vivants sont en états non-équilibrés, mais stables en se limitant à une quantité limitée d’états possibles. Homéostasie o Êtres vivants cherchent à maintenir état interne stable face aux changements de leur environnement Minimisation de l’Énergie Libre o Minimiser activement l’énergie libre (mesure de l’incertitude ou de la surprise au stimuli) 13  o C-à-d : Réduire l’écart entre les prédictions et les entrées sensorielles Modèles prédictifs o Cerveau : Créer constamment modèles prédictifs du monde o Modèles constamment mis à jour en fonction des erreurs de prédiction § Diff entre prédiction et expérience réelle Adaptation et apprentissage o Cerveau apprend des régularités de l’environnement o Permet de faire des meilleures prédiction o Minimise l’énergie libre § Modèle « d’analyse statistuque » : Cerveau a besoin d’énergie pour modéliser la suprise et la prochaine fois, sa preception nécessitera moins d’énergie. Ex : voir un boucher dans une boucherie Vs dans un autobus (tablier plein de sang, hache…) - Réseaux de neurones artificiels o McCulloch et Pitt, 1943 § Modèle simplifié de neurones § Montré capacité à effectuer des opérations et calculs complexes o Neurones biologiques sont simulés avec des modèles à couches traitant l’input, et massivement interconnectés 14  avec des unités d’output qui peuvent soit s’exciter ou s’atténuer mutuellement § Deep convolutional neural networks, reccurent convolutional neural networks, transformer networks (see Bengio and Attention on AI. § Omniprésent Auto autonomes, telephone, etc. - Apprentissage profond o Deep neural nets (DNNs) § Réseaux de neurons artificiels (ANNs) Hinton, Bengio, Le Cun Très grand nombre de couches Centaines de millions de paramètres entre couches d’input et output § Excellents pour tâches de catégorisation Exemple : reconnaissance d’objets o AlexNet o ResNet Comprendre langage parlé o Gopher o GPT-3 o Mégatron Problème de la perception - Comment acquérir des connaissances véridiques du monde extérieur? - Connaissances véridiques (aboutissement) o Existe une correspondance entre nos perceptions et le monde extérieur o Notre appareil perceptif est adapté à l’environnement - Acquérir des connaissances (processus) 15  o Conscience (awarness) seulement du produit final de nos processus perceptuels o Chercheurs en vision d’intéressent à tous les processus conscients et inconscients qui interviennent entre le moment où les photons atteignent les récepteurs rétiniens (le stimulus proximal) et la prise de conscience ou la catégorisation d’une scène visuelle. - « La percpetion, c’est trivial! » o NON o Paradoxe § Énoncé qui mène à une contradiction § Ex : « Je mens » Ensemble qui contient tous les ensembles qui ne se contiennent pas o Pseudo-paradoxe (sophisme) de perception § Énoncé qui semble mener à sa négation § Si le monde est tel que nous le percevons, notre système visuel est aussi tel que nous le percevons MAIS LE MONDE TRIDIMENSIONNEL SE PROJETTE DONC SUR NOS DEUX RÉTINES BIDIMENSIONNELLES 16  o o Figures impossibles Moretti Alakbarov 17  o Si le monde est tel que nous le percevons, notre système visuel aussi est tel que nous le percevons : le monde tridimensionnel se projette donc sur nos deux rétines bidimensionnelles § Gigantesque perte d’information DONC LE MONDE N’EST PAS TEL QUE NOUS LE PERCEVONS Le cerveau le reconstruit (50% des photons ne se rendent mm pas aux photorécepteurs) 18