La technique de cartographie cérébrale DETI révèle le code neuronal de la gestion de la vision avec le temps
La colonne centrale montre une carte topographique aplatie des électrodes à l’arrière de la tête, illustrant la variation des cartes DETI à chaque électrode dans cette région du cuir chevelu. Sur le côté droit, chaque colonne montre un gros plan de l’évolution spatio-temporelle du code visuel pour différentes électrodes (chaque ligne correspond à un point différent dans le temps en millisecondes).
Chaque couleur représente l’une des sept réponses de population neuronale différentes cartographiées à chaque emplacement d’image, révélant ainsi quelle population neuronale a le mieux codé les régions d’image à différents moments. Crédit : Bruce Hansen
Les humains se rapprochent de la compréhension exacte de la manière dont le cerveau code les informations visuelles. Les scientifiques ont maintenant mis au point une technique qui cartographie les réponses cérébrales variables dans le temps aux images pour exposer à quel point le cerveau traite les informations visuelles.
Bruce C. Hansen, professeur de neurosciences à l’Université Colgate, a travaillé avec Michelle R. Greene (Bates College) et David J. Field (Université Cornell) pour introduire la cartographie dynamique électrode-image (DETI). (technique de cartographie cérébrale DETI).
DETI est une stratégie analytique qui s’appuie sur la haute définition temporelle de l’électroencéphalographie (EEG) pour produire des cartes de caractéristiques visuelles liées à divers signaux neuronaux dans le temps. Observez un exemple en temps réel de réponses neuronales mappées à une image dans la vidéo ci-dessous.
L’étude “Dynamic Electrode-to-Image (DETI) mapping montre que le code spatio-temporel des détails visuels du cerveau humain” a été publiée dans la revue PLOS Computational Biology.
Comment fonctionne la technique de cartographie cérébrale DETI ?
« Lorsque nous visualisons n’importe quel environnement, notre cerveau code des informations visuelles sur une large population de neurones d’une manière qui permet une gamme de comportements intelligents. Cependant, le code visuel utilisé pour orienter le comportement n’est pas stable comme une photo, mais progresse avec le temps et différentes populations de neurones contribuant au code à différents moments. Notre technique de cartographie DETI offre le premier aperçu de la variante de ce code dans le temps à chaque emplacement dans les images », a déclaré Hansen.
Les progrès actuels dans les évaluations de codage par voxel définis sur l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) ont permis des reconstructions créées d’images créées à partir des données cérébrales. Néanmoins, ils ne peuvent reproduire qu’un seul instantané dans le temps en raison de la résolution temporelle limitée de l’IRMf. La procédure de cartographie DETI délivrée par Hansen et associés est fondée sur les signaux EEG. Cela aide à cartographier le code neuronal des images avec une précision de l’ordre de la milliseconde.
Pour mapper efficacement le code visuel sur des images avec des données EEG, Hansen et ses collègues ont dû surmonter une variété d’obstacles méthodologiques. “Les signaux cérébraux enregistrés par l’EEG subissent des interférences par le crâne ainsi que différentes quantités d’annulation en raison des schémas de pliage du cerveau.” Grâce à un modèle de codage du cerveau biologiquement concevable, Hansen et son groupe ont cessé ces problèmes en calculant la correspondance entre les pixels codés sur plusieurs images et les ajustements résultants dans la réponse neuronale.
“Une façon de refléter exactement le fonctionnement de la procédure de cartographie DETI consiste à transmettre une image dans le cerveau et à projeter le code neuronal ultérieurement sur l’image.” Parce que l’EEG peut mesurer les signaux neuronaux à divers endroits du cuir chevelu, la cartographie DETI crée une vue multiplexée de la façon dont différentes populations de neurones codent progressivement les attributs d’image à différents endroits dans les images.
Un événement était autrefois supposé impossible à faire avec les données EEG.
Quelles sont les applications de la technique de cartographie cérébrale DETI ?
Les données de cartographie générées par la procédure DETI utilisent de nouvelles informations vitales sur la façon dont le code neuronal des images s’étend dans le temps. L’un des résultats les plus étonnants rapportés par Hansen et ses associés est que le cerveau se présente pour numériser des images afin de mettre en évidence diverses zones d’image avec différentes populations neuronales à d’autres moments.
“Cette procédure de numérisation aide très probablement à une priorisation précoce de l’avion au sol pour soutenir les jugements de navigation, avec un accent ultérieur concentré sur l’organisation sportive.”
Ces découvertes soulèvent de nouvelles questions intrigantes sur la manière dont le code neural progressif notifie les procédures cognitives de niveau supérieur lorsque les individus participent à différentes tâches. « Nous savons que le code des informations visuelles est dispersé dans une grande population de neurones, mais la façon exacte dont ce code est distribué dépend des objectifs d’un travail donné. Cela suggère que le cerveau ne se contente pas de développer une image mentale basée sur l’environnement, mais plutôt une représentation qui correspond idéalement aux objectifs comportementaux de l’individu. L’excellente nouvelle est que la cartographie DETI permet de découvrir les caractéristiques neuronales des codes esthétiques établis sur les tâches et de commenter ces codes évitablement la prise de décision établie sur elles.
Lisez l’article original sur Scitech Daily.
Référence : “La cartographie dynamique de l’électrode à l’image (DETI) révèle le code spatio-temporel des informations visuelles du cerveau humain” par Bruce C. Hansen, Michelle R. Greene et David J. Field, 27 septembre 2021, Biologie computationnelle PLoS. DOI : 10.1371/journal.pcbi.1009456
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