1.3 Vers une méthode de référence pour la cartographie en IRMf des aires visuelles rétinotopiques
1.3.4 Synthèse : techniques de cartographie des aires visuelles
L’ensemble de ces résultats indique la présence de multiples représentations du champ visuel dans le cortex. Au fur et à mesure de la progression de l’information visuelle, les aires visuelles deviennent plus petites, avec des champs récepteurs plus grands, et sont sensibles à des éléments de plus en plus spécifiques de la stimulation visuelle. On remarque également l’organisation sous forme de « cluster » autour de centres fovéaux différents en fonction des aires visuelles (Wandell et al., 2007). Pour Wandell et son équipe, cette organisation en « cluster » permettrait de faciliter l’intégration de l’information visuelle au sein de la « mosaïque neurale » via un traitement multiple et de plus en plus spécifique. D’un point de
vue méthodologique, au cours de cette revue de littérature, on remarque la grande diversité de stimuli d’encodage de phase et de tâches utilisés par les différentes études afin de caractériser les différentes aires visuelles possédant une organisation rétinotopique. On note également que la problématique des différentes études utilisant une cartographie rétinotopique s’oriente davantage vers une exploration toujours plus poussée de l’organisation des aires visuelles chez l’homme que vers une réduction du temps d’acquisition. Ainsi, aucune méthode de cartographie ou optimisation méthodologique proposée dans la littérature ne nous permet une reproduction directe, soit parce que les temps d’acquisition sont trop longs, soit parce que les résultats demeurent peu précis ou impliquent des a priori importants rendant difficilement généralisables l’approche aux patients ou aux participants âgés non-pathologiques. Néanmoins, plusieurs éléments d’optimisation ont été identifiés au cours de ce travail bibliographique, nous permettant d’envisager la faisabilité d’un protocole de cartographie robuste avec un faible temps d’acquisition. Nous avons donc fait le choix d’utiliser une cartographie par encodage de phase, cette dernière restant actuellement la technique de référence pour la délinéation des aires visuelles en IRMf. De plus, la flexibilité des stimuli offerte par cette approche nous permet d’intégrer plusieurs optimisations relevées dans la littérature afin d’obtenir une cartographie rapide. Une des optimisations qui nous semble la plus intéressante est la manipulation de l’attention exogène (Bressler & Silver, 2010) par l’utilisation d’une tâche attentionnelle dirigée sur le stimulus de cartographie rétinotopique. De plus, nous souhaitons utiliser un secteur double pour les acquisitions d’angle polaire permettant de doubler le nombre de stimulations pour une durée d’acquisition semblable par rapport à un protocole utilisant un secteur simple (Slotnick & Yantis, 2003; Warnking et al., 2002). Nous proposons également d’intégrer une grille de fixation présente tout au long des acquisitions fonctionnelles afin de diminuer la fréquence et l’amplitude des mouvements oculaires et ainsi améliorer la précision des cartes d’activation (Schira et al., 2007, 2009; Tyler et al., 2005).
Enfin, dans un article récent, publié durant ce travail de thèse, Chang et al. (2014) utilisaient une méthode de cartographie stimulant uniquement les méridiens ainsi que les parties centrale et périphérique du champ visuel, à partir d’un paradigme en blocs. Dans cette étude, ce protocole permettait d’identifier les frontières entre les aires visuelles de V1 à V3, ainsi que les projections du champ visuel central et périphérique au sein du cortex visuel chez des participants âgés pour un temps d’acquisition court. Nous souhaitons donc intégrer un paradigme similaire dans ce travail de thèse afin de comparer les résultats obtenus entre notre
cartographie optimisée et la cartographie proposée par Chang et al. (2014) pour une identification rapide et précise des aires visuelles rétinotopiques.
Cette cartographie rapide revêt une grande importance afin de pouvoir étudier de manière fine les bases cérébrales de la vision et de mieux comprendre les mécanismes sous-tendant la perception et l’intégration de l’information visuelle ainsi que leur évolution au cours du vieillissement normal et pathologique.
1.4 Problématique
L’objectif de ce travail de thèse est d’étudier les bases cérébrales du traitement des fréquences spatiales lors de la catégorisation de scènes visuelles ainsi que les changements corticaux qui s’opèrent au cours du vieillissement normal et pathologique.
Comme nous l’avons vu précédemment, il existe de nombreuses techniques IRMf permettant de cartographier les aires visuelles présentant une organisation rétinotopique. Ces méthodes de délinéation constituent un outil important afin de mieux comprendre les mécanismes neurocognitifs sous-tendant la perception et l’intégration de l’information visuelle. Néanmoins, le temps d’acquisition nécessaire afin de réaliser ce type de cartographie reste conséquent (plus de 50 minutes), rendant ainsi son application difficile auprès de participants âgés ou de patients pour qui la durée de l’expérience est un facteur important. Pour répondre à cette problématique du temps d’acquisition, nous présenterons les résultats de deux études réalisées en IRMf (Expériences 1 et 2) visant à développer une méthodologie de cartographie des aires visuelles, à la fois rapide et précise.
Plusieurs études en psychophysique utilisant des réseaux sinusoïdaux ont montré que le contraste de luminance avait une influence importante sur le traitement des fréquences spatiales. Néanmoins, les effets du contraste sur les bases cérébrales du traitement des fréquences spatiales lors de la perception de stimuli complexes tels que les scènes visuelles restent peu étudiés. Or, l’information de contraste doit être considérée avec attention lors de la catégorisation de scènes car ces stimuli se caractérisent par une répartition différente du contraste de luminance en fonction des fréquences spatiales. De plus, indépendamment des fréquences spatiales, le niveau de contraste a une influence sur l’intensité des activations en IRMf au sein du cortex visuel. Nous avons donc mené une troisième étude en IRMf (Expérience 3) afin de déterminer l’influence du contraste de luminance sur les bases cérébrales du traitement des fréquences spatiales en nous intéressant particulièrement au
cortex occipital, aux aires visuelles rétinotopiques et aux régions du cortex occipito-temporal sélectives aux scènes.
Enfin, l’ensemble des travaux de neuroimagerie portant sur le traitement des fréquences spatiales a été effectué uniquement sur des participants jeunes. Ainsi, à notre connaissance, aucune étude ne s’est intéressée aux changements corticaux des bases cérébrales du traitement des fréquences spatiales au cours du vieillissement normal. Or, ce travail constitue un prérequis important si l’on souhaite distinguer les changements cérébraux liés au vieillissement normal, de ceux consécutifs à une pathologie. Afin de répondre à cette problématique, nous présenterons une étude IRMf (Expérience 4) au cours de laquelle nous avons étudié les effets du vieillissement normal sur le traitement des fréquences spatiales lors de la catégorisation de scènes au sein des aires visuelles rétinotopiques et d’aires de plus haut niveau présentant une forte sélectivité aux scènes. Enfin, nous présenterons une étude en IRMf et comportementale (Expériences 5 et 6) réalisée auprès de patients atteints de dégénérescence maculaire liée à l’âge (DMLA) afin d’étudier les conséquences d’une lésion rétinienne centrale sur le traitement des fréquences spatiales au niveau comportemental et cérébral au cours de la catégorisation de scènes visuelles.
L’ensemble de ce travail a donc un double objectif, permettre d’affiner les modèles rétino-corticaux de la perception de scènes développés depuis plusieurs années au sein du Laboratoire de Psychologie et NeuroCognition (LPNC) et de développer, dans la continuité des travaux de l’Institut des Neurosciences de Grenoble (GIN), de nouveaux outils de cartographie rapide des aires visuelles, outils indispensables à l’étude de l’évolution du traitement des fréquences spatiales au cours du vieillissement normal et pathologique.
Article de Revue publié dans la revue Frontiers in Integrative Neurosciences (2014)