Reconstruction cérébrale de l’espace extrapersonnel tridimensionnel au travers des modalités et des espèces/ Brain representation of 3D space using different senses, in different species

Colloque organisé par Yves Тrоttеr et Yves Frégnac, du 25 au 31 mаi 2002

Participants

Horst Bleckmann (Universitaet Bonn, Allemagne), Yves Burnod (INSERM, Université Pierre et Marie Curie, Paris), Catherine Carr (University of Maryland, USA), Gemma Calvert (University of Oxford, Royaume-Uni), Thomas Collet (University of Sussex, Brighton, Royaume-Uni), Jean-Baptiste Durand (Faculté de Médecine, Rangueil), Nicolas Franceschini (CNRS, Marseille), Yves Frégnac (CNRS, Gif-sur-Yvette), Fabrizio Garbiani (Baylor College of Medicine, Houston, USA), Howard C. Hughes (Dartmouth College, Hanover, USA), Elisabetta Ladavas (Università di Bologna, Italie), Nikos K. Logothetis (Max Planck Institute, Tübingen, Allemagne), Guillaume Masson (CNRS, Marseille), Satoru Miyauchi (Kansai Advanced Research Center, Hyogo, Japon), Fiona Newell (University of Dublin, Trinity College, Irlande), Jack D. Pettigrew (University of Queensland, Brisbane, Australie), Alexandre Pouget (University of Rochester, USA), Alice Rene (UPR CNRS, Gif-sur-Yvette), Charles Spence (University of Oxford, Royaume-Uni), Hugo Theoret (Harvard Medical School, Boston, USA),Yves Trotter (Faculté de Médecine de Rangueil, Toulouse), Gerhard Von Der Emde (University of Washington, Seattle, USA), Hermann Wagner (Institut für Biologie, Aachen, Allemagne).

Compte rendu

Le thème du symposium international que nous avons organisé avec l’aide de la Fondation des Treilles, du 25 au 31 mai 2002, était centré sur la perception tridimensionnelle de l’espace et les mécanismes cérébraux mis en jeu pour former des représentations internes de l’espace extraper­sonnel par le biais de modalités sensorielles adaptées à l’espèce considé­rée. Ce symposium réunissait des spécialistes issus de disciplines variées, allant de la neuroéthologie à la robotique.

Pour se déplacer dans l’espace, reconnaître la nourriture, et pour répondre à l’instinct de survie, les diverses espèces, depuis l’insecte jusqu’à l’homme, utilisent des stratégies qui leur sont propres, résultant de méca­nismes adaptatifs sélectionnés au cours de la phylogenèse. L’objectif de cette rencontre était de synthétiser les connaissances actuelles sur la façon dont le cerveau traite la troisième dimension à partir d’indices impliquant différentes modalités sensorielles chez différentes espèces. Pour localiser les objets et les saisir, le cerveau doit reconstruire l’espace et bâtir des représentations permettant de mettre en relation et d’intégrer les systèmes distincts de coordonnées fournis par différentes modalités sensorielles. Au travers de l’évolution phylogénétique, différentes modalités et stratégies sensorielles ont été sélectionnées ou apprises pour réaliser un même « cal­cul » mental. La comparaison des solutions retenues par chaque espèce et l’identification des règles de calcul indépendantes de la modalité senso­rielle utilisée pourraient se révéler d’une grande importance en robotique et en neurosciences computationnelles. Les avancées futures dans le domaine de la simulation des processus mentaux dépendent en effet de la mise à jour des représentations internes de l’espace extrapersonnel, et cela dans un format permettant une fusion des sources de données obtenues au travers de différents capteurs sensoriels.

Á titre d’exemple, on peut citer un certain nombre de stratégies sen­sorielles qui peuvent être mises en parallèle ou fusionnées dans le cadre d’une reconnaissance multidimensionnelle de l’espace :

— chez l’homme, différentes structures corticales sont utilisées pour repré­senter et mémoriser l’environnement spatial (hippocampe), menant éven­tuellement à la genèse d’un alphabet tridimensionnel et d’une grammaire perceptive de l’environnement adaptée à la reconnaissance des formes les plus importantes pour la communication intra-espèce (cortex inférotem­poral). Pour estimer les distances, le système visuel de l’homme et des pri­mates intègre l’information visuelle de disparité rétinienne avec l’infor­mation musculaire (proprioception) et motrice (copie efférente) impliquées dans le contrôle central de la convergence oculaire ;

• ce mécanisme n’est cependant pas le seul utilisé dans la vision : par exemple, le caméléon va privilégier son système d’accommodation optique pour gober ses proies avec précision ;
• le poisson électrique, qui, en eau trouble ou pendant la nuit, ne peut utiliser sa vision pour chasser, se sert d’une autre modalité sensorielle pour explorer son environnement : l’électroréception active. Une décharge électrique générée par un organe électrique myogénique spécia­lisé produit autour du poisson un champ électrique, dont les lignes de courant seront captées par des récepteurs cutanés spécialisés. Bien que, dans ce cas précis, une seule surface réceptrice (les électrorécepteurs sur la peau), et non plus deux comme dans le cas de la vision binoculaire, soit disponible pour reconstruire la troisième dimension, le poisson électrique utilise ce processus actif (la décharge électrique) pour analyser « l’image de la perturbation électrique » induite par les objets proches afin de dis­criminer distance et forme, et leurs propriétés de conductivité ;
• pour localiser les objets dans l’obscurité, la chauve-souris emploie l’é­cholocation avec une sensibilité spécifique à des délais temporels acous­tiques et utilise également l’information de décalage temporel interauri­culaire.

Ce ne sont là que quelques exemples parmi bien d’autres dans l’un des buts de modéliser et de reproduire de façon artificielle les stratégies opti­males de localisation spatiale tridimensionnelle.

Cette réunion a permis de mettre en présence des personnalités scien­tifiques de haut niveau, françaises, européennes, américaines et japonai­ses, qui ont échangé les connaissances les plus récentes relatives à leurs travaux ainsi que les approches conceptuelles en rapport avec leurs domaines respectifs. Les disciplines scientifiques suivantes étaient repré­sentées : l’anatomie, la neuroéthologie, la physiologie, la psychophysique, l’imagerie fonctionnelle cérébrale, la modélisation et la robotique. Les travaux exposés ont porté sur diverses espèces animales comme la mou­che, la mite, le serpent, la grenouille, le poisson électrique, la chouette, la chauve-souris, le dauphin, le phoque, l’ornithorynque, le chat, le singe et l’homme au travers de modalités sensorielles telles que la vision, l’audi­tion, la somesthésie, l’élèctrolocation, l’écholocation, la sensibilité hydro­dynamique et la sensibilité infrarouge.

Deux types de participants ont été invités : les uns ont présenté leurs travaux ou une synthèse sur un des thèmes de la conférence. Les autres, sélectionnés pour leur expertise interdisciplinaire, ont joué le rôle d’inter­venants animateurs et essayé de mettre en perspective (multisensorielle et inter-espèce) les résultats présentés. Le contenu scientifique de cette réunion sera publié fin 2004 dans un numéro spécial du Journal of Physiology, Paris, vol. 98, n° 1-3 dont le titre est : « Perception of 3D space using diffèrent senses in different species ».