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PSY 2055. Psychologie de la perception. Introduction à la perception. Ian Charest Plan du cours d’aujourd’hui Présentation du plan de cours Présentation du site internet du cours ○ Studium Présentation du site internet du livre ○ https://learninglink.oup.com/access/wolfe6e-student-resources Introduc...

PSY 2055. Psychologie de la perception. Introduction à la perception. Ian Charest Plan du cours d’aujourd’hui Présentation du plan de cours Présentation du site internet du cours ○ Studium Présentation du site internet du livre ○ https://learninglink.oup.com/access/wolfe6e-student-resources Introduction ○ Pourquoi vous devriez vous intéresser à la perception ○ Le problème de la perception ○ L’étude de la perception: la psychophysique, la neuroimagerie, et l’intelligence artificielle. ○ Le pseudo-paradoxe de la perception Professeur Ian Charest Téléphone : (514) 343-7550 Courriel : [email protected] Bureau : E-419 Pavillon Marie-Victorin Auxiliaire d’enseignement Emmanuel Lebeau Téléphone : (514) 343-6111, poste 4618 Courriels : [email protected] Bureau : E-404-12 Pavillon Marie-Victorin Livre obligatoire Wolfe, J. (2020). Sensation & Perception, Sixth Edition. Oxford University Press. Disponible à la librairie (environ ~130$) Horaire ❏ ❏ ❏ ❏ ❏ ❏ ❏ ❏ ❏ ❏ ❏ ❏ ❏ ❏ ❏ 11/01/24 18/01/24 25/01/24 01/02/24 08/02/24 15/02/24 22/02/24 29/02/24 07/03/24 14/03/24 21/03/24 28/03/24 04/04/24 11/04/24 18/04/24 Introduction à la perception [Chapitre 1] Olfaction et goût [Chapitre 14, 15] Perception cutanée, douleur et haptique [Chapitre 13] Perception de la couleur [Chapitre 5] Perception de l’espace et vision binoculaire [Chapitre 6] Révision libre Examen intra Reconnaissance d’objets [Chapitre 4] Semaine de relâche Reconnaissance des scènes [Chapitre 7] Perception du mouvement [Chapitre 8] Attention visuelle et conscience [Chapitre 7] Audition, Musique et voix [Chapitre 10 – 11] Révision libre Examen final Évaluation 50% pour l'examen partiel + 50% pour l'examen final. Pourquoi vous devriez vous intéresser à la perception? Comprendre la perception et, surtout, les désordres de la perception (p. ex. prosopagnosie, “blindsight”, surdité, etc.) est la première étape vers des prothèses perceptuelles. Implant cochléaire Rétine artificielle Argus retinal prosthesis Optogenetic therapy Patient avec une rétinite pigmentaire, stimulation optogénétique (impulsions lumineuses et vecteur viral adéno-associé). Le patient peut détecter les objets et les toucher. https://www.nature.com/articles/s41591-021-01351-4 Pourquoi vous devriez vous intéresser à la perception? Comprendre la perception et, surtout, les désordres de la perception (p. ex. prosopagnosie, “blindsight”, surdité, etc.) est la première étape vers des prothèses perceptuelles. Permet d’étudier la difficulté des tâches perceptuelles et, par la suite, de construire de meilleures interfaces homme-machine (ergonomie cognitive). Exemple de bons “design”? Exemple de bons “design”? Pourquoi vous devriez vous intéresser à la perception? Comprendre la perception et, surtout, les désordres de la perception (p. ex. prosopagnosie, “blindsight”, surdité, etc.) est la première étape vers des prothèses perceptuelles. Permet d’étudier la difficulté des tâches perceptuelles et, par suite, de construire de meilleures interfaces homme-machine (ergonomie cognitive). La perception (visuelle en particulier) est une sous-discipline des sciences cognitives, l’approche la plus en vogue aujourd’hui en psychologie. Par surcroît, c’est la sous-discipline des sciences cognitives la plus complète. Mais qu’est-ce que la “sensation” et la “perception”? Sensation: L'habileté de détecter un stimulus, et aussi, de transformer cette détection en une expérience personnelle. Perception: L’acte de donner un sens à la sensation détectée. La sensation et la perception sont au cœur de notre vie mentale. Sans eux, comment organisons-nous notre connaissance du monde qui nous entoure? Mais qu’est-ce que la “sensation” et la “perception”? Ce sont typiquement les psychologues qui étudient la perception. Mais aussi les biologistes, informaticiens, docteurs, neuroscientifiques, et plusieurs autres disciplines. Mais qu’est-ce que la “sensation” et la “perception”? L’étude de la perception est une poursuite scientifique et requiert donc des méthodes scientifiques: 1. Seuils: trouver les limites de ce qui peut être perçu. 2. “Scaling”: mesure de l’expérience subjective 3. La théorie de la détection des signaux (Signal detection theory; SDT): mesure de décisions difficiles. 4. Neuroscience sensorielle: la biologie de la sensation et de la perception 5. Neuroimagerie: une image du cerveau 6. Modèles computationnels: les maths et le calcul pour comprendre la perception. pages 6 à 31 Mais qu’est-ce que la “sensation” et la “perception”? L’étude de la perception est une poursuite scientifique et requiert donc des méthodes scientifiques: 1. Seuils: trouver les limites de ce qui peut être perçu. 2. “Scaling”: mesure de l’expérience subjective 3. La théorie de la détection des signaux (Signal detection theory; SDT): mesure de décisions difficiles. 4. Neuroscience sensorielle: la biologie de la sensation et de la perception 5. Neuroimagerie: une image du cerveau 6. Modèles computationnels: les maths et le calcul pour comprendre la perception. pages 6 à 31 Les Seuils et l’aube de la psychophysique Gustav Fechner (1801–1887) Inventeur de la “psychophysique” et est souvent considéré comme le fondateur de la psychologie expérimentale. Fondateur de la psychologie expérimentale Les Seuils et l’aube de la psychophysique Fechner tente de décrire le corps et l’âme avec un langage mathématique. Psychophysique: une science qui définit les relations quantitatives entre les événements physiques et psychologiques (subjectifs). Théorie de la détection du signal (TDS) La théorie de la détection du signal (en anglais “signal detection theory”): une théorie psychophysique qui quantifie la réponse d’un observateur à la présentation d’un signal bruité. Plusieurs problèmes du monde réel peuvent être conceptualisés par une recherche de signal à travers le bruit. L’exemple de la mammographie La théorie de la détection du signal Quatre situations de stimulus/réponse possible dans la théorie de la détection du signal : Hit: stimulus est présent et l’observateur répond “Oui” Miss: stimulus est présent et l’observateur répond “Non” False alarm: stimulus n’est pas présent et l’observateur répond “Oui” Correct rejection: stimulus n’est pas présent et l’observateur répond “Non” La théorie de la détection du signal La théorie de la détection du signal fait la distinction entre l’habileté d’un observateur à percevoir un signal et leur propension à le rapporter. Ces deux concepts sont séparés: Sensibilité Critère La théorie de la détection du signal Sensibilité: une valeur qui définie la facilité avec laquelle un observateur peut faire la différence entre la présence ou l’absence d’un stimulus, ou la différence entre deux stimuli Critère: un seuil interne défini par l’observateur. Si la réponse interne de l’observateur est supérieure au critère, l’observateur produit une réponse. o Sous le critère, l’observateur produit une réponse différente. o La théorie de la détection du signal Sensibilité (dʹ) Critère Neuroscience Sensorielle et Biologie de la Perception Doctrine de l’énergie spécifique des nerfs: Une doctrine proposée par Johannes Müller (1801–1858) selon laquelle la nature d’une sensation dépend de quelles fibres sensorielles sont stimulées plutôt que comment les fibres sont stimulées. Johannes Peter Müller Neuroscience Sensorielle et Biologie de la Perception Nerfs craniaux: 12 paires de nerfs (bilatéraux) qui sont originaires du tronc cérébral et rejoignent les organes sensoriels et les muscles. Neuroscience Sensorielle et Biologie de la Perception Information sensorielle Nerfs Olfactifs (I) Nerfs Optiques (II) Nerfs Auditifs (VIII) Muscles servant aux mouvements oculaires Oculomoteur (III) Nerfs Trochleaires (IV) Nerfs Abducteurs (VI) Nerfs craniaux nerfs “sensoriels” nerfs “moteurs” https://bit.ly/3eUk5Vj Neuroscience Sensorielle et Biologie de la Perception Tout comme différents nerfs sont dédiés aux sens et aux tâches motrices, certaines aires corticales sont aussi dédiées aux sens et aux tâches motrices. Cependant, certaines aires du cerveau sont polysensorielles, et combinent l’information provenant de plusieurs sens. L’Intégration sensorielle (multisensory integration): Le processus de combiner différent signaux sensoriels. Le Cortex Neuroscience Sensorielle et la Biologie de la Perception Santiago Ramón y Cajal (1852–1934) A créé des dessins de neurones et de structures neurales incroyablement détaillés Découvre la synapse Remporte le Prix Nobel de la médecine pour ses contributions Santiago Ramón y Cajal Neuroscience Sensorielle et la Biologie de la Perception Synapse: La jonction inter-neurones qui permet le transfert d’information. Neurotransmetteur: Une substance chimique utilisée dans la communication neuronale au niveau des synapses. La Synapse Arborisation terminale vésicule synaptique Neuroscience Sensorielle et la Biologie de la Perception Décharge Neuronale: Le potentiel d’action Les Neurones déchargent en mode “tout-ou-rien” pour chaque potentiel d’action, et le nombre de PA par seconde indique le niveau d’excitation du neurone. Chaque potentiel d’action débute près du corps cellulaire du neurone et se propage le long de l’axone vers la terminaison axonale. Un processus Électrochimique impliquant des ions de Na+ (sodium) et de K+ (potassium) entrant et sortant du neurone. Des populations entières de neurones travaillent en concert pour traiter l’information. Le potentiel d’action PAUSE Neuroscience Sensorielle et la Biologie de la Perception Technologies modernes d’imagerie cérébrale: Électroencéphalographie (EEG): Une technique qui mesure, avec des électrodes apposées sur le scalpe, l’activité électrique provenant de populations de neurones dans le cerveau. Potentiels évoqués (Event-related potential; ERP): Une mesure de l’activité électrique d’une sous population de neurones en réponse à un stimulus ou des stimuli particuliers (nécessite la moyenne de plusieurs essais EEG). Électroencephalographie (EEG) Électroencephalographie (EEG) Neuroscience Sensorielle et la Biologie de la Perception Technologies modernes d’imagerie cérébrale: Magnétoencéphalographie (MEG): Une technique, similaire à l’EEG, qui mesure les changements d’activité magnétique de populations de neurones dans le cerveau o La MEG possède la même résolution temporelle que l’EEG, mais procure une meilleure résolution spatiale. La Magnétoencéphalographie (MEG) Neuroscience Sensorielle et la Biologie de la Perception Technologies modernes d’imagerie cérébrale: Tomodensitométrie (Computerized tomography; CT ou CAT scan): Une technique d’imagerie qui utilise les rayons X pour générer des images par tranches de volume de matière. Imagerie par Résonance Magnétique (IRM): Une technique d’imagerie qui utilise la réponse d’atomes à un puissant champ magnétique pour générer des images de l’anatomie (par exemple du cerveau). Imagerie par résonance magnétique (IRM) Neuroscience Sensorielle et la Biologie de la Perception Technologies modernes d’imagerie cérébrale: Imagerie par Résonance Magnétique Fonctionnelle (IRMf): Une extension de l’IRM. Mesure les patrons localisés d’activité cérébrale. Lorsque une aire cérébrale est activée par une tâche, les neurones consomment un peu d’oxygène, ce qui amène une large augmentation du flux sanguin. Ceci mène à une réduction de la concentration de désoxyhémoglobine. Imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) Neuroscience Sensorielle et la Biologie de la Perception Technologies modernes d’imagerie cérébrale: Le signal BOLD (Blood oxygen level-dependent): Le ratio entre la quantité d’hémoglobine oxygénée et désoxygénée qui permet la localisation de neurones du cerveau qui sont impliqués dans une tâche. Neuroscience Sensorielle et la Biologie de la Perception Technologies modernes d’imagerie cérébrale: Tomographie par émission de Positrons (Positron emission tomography; PET): Une technologie d’imagerie qui nous permet de définir les aires cérébrales contenant des neurones qui sont actifs (à une tâche!) en mesurant le métabolisme de cellules avec des isotopes radioactifs. Positron emission tomography (PET) Neuroscience Sensorielle et la Biologie de la Perception Technologies modernes d’imagerie cérébrale: Optically Pumped Magnetometers (OPM): Les OPM sont une nouvelle technologie, similaire à la MEG, capables de mesurer des signaux magnétiques très subtils (sensibilité de l’ordre du femtotesla!) sans avoir besoin de refroidissement cryogénique. Cette abilité fait en sorte que les OPMs représentent une technologie plus flexible et sensible de MEG. Résolution temporelle précise (comme EEG et MEG). Avec davantage de canaux d’enregistrement, pourrait potentiellement rivaliser avec l’IRMf au niveau de la résolution spatiale. https://www.nature.com/articles/nature26147 Neuroscience Sensorielle et la Biologie de la Perception MEG https://www.nature.com/articles/nature26147 OPM Neuroscience Sensorielle et la Biologie de la Perception https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0166223622001023#f0010 Neuroscience Sensorielle et la Biologie de la Perception https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0166223622001023#f0010 Modèles computationnels La compréhension de la perception peut être soutenue par la mathématique et l’informatique. Les modèles mathématiques utilisent un langage et des équations mathématiques pour décrire des phénomènes psychologiques et/ou neuraux. Les modèles computationnels simulent, à l’aide de l’ordinateur, les étapes de processus psychologiques et ou neuronaux en utilisant le langage et les équations issues des mathématiques et de l’informatique. Modèles computationnels Modèles computationnels: Efficient coding models: Modèles théoriques ou computationnels qui découvrent la prédictibilité dans l’input sensoriel pour encoder le monde efficacement. ○ Le traitement de l’information par les systèmes sensoriels du cerveau devrait être adapté aux stimuli naturels. Les neurones du système visuel (ou auditif) devraient être optimisés pour encoder les images (ou les sons) qui sont représentatifs de ceux rencontrés dans la nature. Modèles “Bayésiens”: Utilise les statistiques bayésiennes pour construire des prédictions (predictive coding) à partir de nos connaissances antérieures de l’environnement. ○ Le principe de l’énergie disponible (free energy principle) est une formulation explicite qui 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. Réseaux de neurones artificiels (Artificial Neural Networks): Des neurones biologiques sont simulés avec des modèles à couches traitant l’input, et massivement interconnectés avec des unités d'output qui peuvent soit s’exciter ou s’atténuer mutuellement. ○ Deep convolutional neural networks, recurrent convolutional neural networks, Transformer networks (see Bengio and Attention on AI.) Les maths, les modèles, le calcul. Apprentissage profond (Deep Learning) Deep neural nets (DNNs), sont des réseaux de neurones artificiels (ANNs) qui ont un très grand nombre de couches et des centaines de millions de paramètres entre les couches d’input et d’output (décision reliée à la tâche) Les DNNs sont excellent pour des tâches de catégorisation o Exemples: reconnaître les objets et leurs catégories (AlexNet; ResNet), comprendre le langage parlé (Gopher; GPT-3; Mégatron). Le problème de la perception : comment acquérir des connaissances véridiques du monde extérieur? ∙ Connaissances véridiques (l’aboutissement)? − Il existe une correspondance entre nos perceptions et le monde extérieur. − Autrement dit, notre appareil perceptif est bien adapté à l'environnement. ∙ Acquérir ces connaissances (les processus)? − Nous avons conscience (“awareness”, en anglais) seulement du produit final de nos processus perceptuels. Cependant, les chercheurs en vision s’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 perception, c’est trivial!” ∙ Un pseudo-paradoxe de la perception ∙ Qu’est-ce qu’un paradoxe? − C’est un énoncé qui mène à une contradiction. P. ex. : ∙ “Je mens.” (paradoxe du menteur—http://www.youtube.com/watch?v=EzVxsYzXI_Y) ∙ Un ensemble qui contient tous les ensembles qui ne se contiennent pas. (paradoxe de Russell) ∙ Qu’est-ce qu’un pseudo-paradoxe (un sophisme)? − C’est un énoncé qui semble mener à sa négation; ici, cependant, le raisonnement ne résiste pas à l’analyse. P. ex. : ∙ Plus il y a de "gruyère" plus il y a de trous. Plus il y a de trous moins il y a de "gruyère". Donc plus il y a de "gruyère" moins il y a de gruyère (pseudo-paradoxe du gruyère). ∙ Protagoras et son élève, Euathlos… Un pseudo-paradoxe de la perception ∙ Si le monde est tel que nous le percevons, notre système visuel est aussi tel que nous le percevons : le monde tridimensionnel se projette donc sur nos deux rétines bidimensionnelles… Un exemple de perte d’information visuelle précoce Une conséquence : des figures “impossibles” Moretti Une conséquence : des figures “impossibles” Alakbarov Un pseudo-paradoxe de la perception ∙ Si le monde est tel que nous le percevons, notre système visuel est aussi tel que nous le percevons : le monde tridimensionnel se projette donc sur nos deux rétines bidimensionnelles… etc.; et, par suite, il y a une gigantesque perte d’information; Un pseudo-paradoxe de la perception ∙ Si le monde est tel que nous le percevons, notre système visuel est aussi tel que nous le percevons : le monde tridimensionnel se projette donc sur nos deux rétines bidimensionnelles… etc.; et, par suite, il y a une gigantesque perte d’information; donc le monde n’est pas tel que nous le percevons! La suite du cours… Si le monde est tel que nous le percevons, notre système visuel est aussi tel que nous le percevons : le monde tridimensionnel se projette donc sur nos deux rétines bidimensionnelles, etc.; et, par suite, il y a une gigantesque perte d’information; donc le monde n’est pas tel que nous le percevons. La réponse – et il y en a une – à ce pseudo-paradoxe nous vient directement des sciences cognitives et est au coeur de ce cours.