Area summation in human vision at and above detection threshold

The initial image-processing stages of visual cortex are well suited to a local (patchwise) analysis of the viewed scene. But the world's structures extend over space as textures and surfaces, suggesting the need for spatial integration. Most models of contrast vision fall shy of this process because (i) the weak area summation at detection threshold is attributed to probability summation (PS) and (ii) there is little or no advantage of area well above threshold. Both of these views are challenged here. First, it is shown that results at threshold are consistent with linear summation of contrast following retinal inhomogeneity, spatial filtering, nonlinear contrast transduction and multiple sources of additive Gaussian noise. We suggest that the suprathreshold loss of the area advantage in previous studies is due to a concomitant increase in suppression from the pedestal. To overcome this confound, a novel stimulus class is designed where: (i) the observer operates on a constant retinal area, (ii) the target area is controlled within this summation field, and (iii) the pedestal is fixed in size. Using this arrangement, substantial summation is found along the entire masking function, including the region of facilitation. Our analysis shows that PS and uncertainty cannot account for the results, and that suprathreshold summation of contrast extends over at least seven target cycles of grating. © 2007 The Royal Society.

Contextual effects in speed perception may occur at an early stage of processing

How does nearby motion affect the perceived speed of a target region? When a central drifting Gabor patch is surrounded by translating noise, its speed can be misperceived over a fourfold range. Typically, when a surround moves in the same direction, perceived centre speed is reduced; for opposite-direction surrounds it increases. Measuring this illusion for a variety of surround properties reveals that the motion context effects are a saturating function of surround speed (Experiment I) and contrast (Experiment II). Our analyses indicate that the effects are consistent with a subtractive process, rather than with speed being averaged over area. In Experiment III we exploit known properties of the motion system to ask where these surround effects impact. Using 2D plaid stimuli, we find that surround-induced shifts in perceived speed of one plaid component produce substantial shifts in perceived plaid direction. This indicates that surrounds exert their influence early in processing, before pattern motion direction is computed. These findings relate to ongoing investigations of surround suppression for direction discrimination, and are consistent with single-cell findings of direction-tuned suppressive and facilitatory interactions in primary visual cortex (V1).

Distributed source analysis of the pattern onset visual evoked magnetic response

Distributed source analyses of half-field pattern onset visual evoked magnetic responses (VEMR) were carried out by the authors with a view to locating the source of the largest of the components, the CIIm. The analyses were performed using a series of realistic source spaces taking into account the anatomy of the visual cortex. Accuracy was enhanced by constraining the source distributions to lie within the visual cortex only. Further constraints on the source space yielded reliable, but possibly less meaningful, solutions.

Topographic studies of scalp potentials evoked by pattern presentation

The waveform and scalp distribution of the visual evoked potentials elicited by stimuli in the foveal and parafoveal regions have been investigated in a group of normal humans using a 16-channel `brain mapping' system. The waveform and topography of the responses to pattern onset and pattern reversal stimulation were investigated, using 4 x 4o full field and 4 x 2o lateral and altitudinal half-field stimuli. The responses were composed of several successive peaks which are in some respects consistent with those demonstrated by other workers using larger field sizes. The differences in the behaviour of these components with respect to the position of the stimulus in the visual field were suggestive of origins in different areas of the visual cortex and/or different visual mechanism. Of particular interest were the major early positive components `P90' and `P95' of the responses to pattern onset and pattern reversal stimulation respectively. More detailed exploration of the behaviour of these major early positive components was carried out using `M-scaled' stimuli selected to activate one square centimetre patches of striate cortex and associated extrastriate re-projections, positioned at different points in the foveal and parafoveal area of the visual field. The inter- and intra-subject variability in amplitude and localisation of the signals elicited by these targets was considered to be a reflection of the individual variations in relationship of visual field projections with the pattern of gyri and fissures on the proximal surface of the occipital lobe. The behaviour of component P90 of the onset response is consistent with a lateral origin in extrastriate visual cortex; that of P95 of the pattern reversal response is consistent in some respects with a striate cortical origin, but in others with a partial origin in extrastriate cortex.

The effect of stimulus location on the major components of the visual evoked response

The topographical distribution of the pattern reversal Visual Evoked Response (VER) was recorded from a localised montage of 20 electrodes over the visual cortex. The response was recorded after stimulation with a black and white checkerboard stimulus. The effect of field location on the major components was investigated in 11 subjects (age range (23-55). The major components of the half field response were; a negative around 75ms (N75) followed by a positivity around 80ms (P80), then a positivity around 100ms (P100) followed by another positivity at around 120ms (P120) and a negativity at approximately 145ms (N145). No effect of field size could be demonstrated on either the amplitude or latency of the late negativity, N145. No significant effect of field size or location was shown on the latency of the P100 response. A delay previously shown in the upper half field response was therefore not substantiated. In contrast the amplitude of the major positivity, P100 was significantly affected by the field size and location. The amplitude of both P100 and N145 were significantly reduced following upper field stimulation when compared with the lower field response. No significant amplitude difference between the upper and lower field responses was demonstrated using electroretinography, the amplitude may therefore be reduced as a result of the ventral position of the upper field representation on the visual cortex. The lateral half field VEP was compared with the distribution of the visual evoked magnetic response (VEMR). The distribution of the VEMR supported the proposal that the paradoxical lateralisation of the VEP half field response is the result of the source being directed ipsilaterally. The morphology of the VEP following octant and double octant stimulation suggests that the response is generated in the striate cortex, with a reversal in response distribution following stimulation of the upper vertical and horizontal meridia.

Visual hallucinations in the psychosis spectrum and comparative information from neurodegenerative disorders and eye disease

Much of the research on visual hallucinations (VHs) has been conducted in the context of eye disease and neurodegenerative conditions, but little is known about these phenomena in psychiatric and nonclinical populations. The purpose of this article is to bring together current knowledge regarding VHs in the psychosis phenotype and contrast this data with the literature drawn from neurodegenerative disorders and eye disease. The evidence challenges the traditional views that VHs are atypical or uncommon in psychosis. The weighted mean for VHs is 27% in schizophrenia, 15% in affective psychosis, and 7.3% in the general community. VHs are linked to a more severe psychopathological profile and less favorable outcome in psychosis and neurodegenerative conditions. VHs typically co-occur with auditory hallucinations, suggesting a common etiological cause. VHs in psychosis are also remarkably complex, negative in content, and are interpreted to have personal relevance. The cognitive mechanisms of VHs in psychosis have rarely been investigated, but existing studies point to source-monitoring deficits and distortions in top-down mechanisms, although evidence for visual processing deficits, which feature strongly in the organic literature, is lacking. Brain imaging studies point to the activation of visual cortex during hallucinations on a background of structural and connectivity changes within wider brain networks. The relationship between VHs in psychosis, eye disease, and neurodegeneration remains unclear, although the pattern of similarities and differences described in this review suggests that comparative studies may have potentially important clinical and theoretical implications. © 2014 The Author.

Measuring the spatial extent of texture pooling using reverse correlation

The local image representation produced by early stages of visual analysis is uninformative regarding spatially extensive textures and surfaces. We know little about the cortical algorithm used to combine local information over space, and still less about the area over which it can operate. But such operations are vital to support perception of real-world objects and scenes. Here, we deploy a novel reverse-correlation technique to measure the extent of spatial pooling for target regions of different areas placed either in the central visual field, or more peripherally. Stimuli were large arrays of micropatterns, with their contrasts perturbed individually on an interval-by-interval basis. By comparing trial-by-trial observer responses with the predictions of computational models, we show that substantial regions (up to 13 carrier cycles) of a stimulus can be monitored in parallel by summing contrast over area. This summing strategy is very different from the more widely assumed signal selection strategy (a MAX operation), and suggests that neural mechanisms representing extensive visual textures can be recruited by attention. We also demonstrate that template resolution is much less precise in the parafovea than in the fovea, consistent with recent accounts of crowding. © 2014 The Authors.

Spike firing and IPSPs in layer V pyramidal neurons during beta oscillations in rat primary motor cortex (M1) in vitro

Beta frequency oscillations (10-35 Hz) in motor regions of cerebral cortex play an important role in stabilising and suppressing unwanted movements, and become intensified during the pathological akinesia of Parkinson's Disease. We have used a cortical slice preparation of rat brain, combined with concurrent intracellular and field recordings from the primary motor cortex (M1), to explore the cellular basis of the persistent beta frequency (27-30 Hz) oscillations manifest in local field potentials (LFP) in layers II and V of M1 produced by continuous perfusion of kainic acid (100 nM) and carbachol (5 µM). Spontaneous depolarizing GABA-ergic IPSPs in layer V cells, intracellularly dialyzed with KCl and IEM1460 (to block glutamatergic EPSCs), were recorded at -80 mV. IPSPs showed a highly significant (P< 0.01) beta frequency component, which was highly significantly coherent with both the Layer II and V LFP oscillation (which were in antiphase to each other). Both IPSPs and the LFP beta oscillations were abolished by the GABAA antagonist bicuculline. Layer V cells at rest fired spontaneous action potentials at sub-beta frequencies (mean of 7.1+1.2 Hz; n = 27) which were phase-locked to the layer V LFP beta oscillation, preceding the peak of the LFP beta oscillation by some 20 ms. We propose that M1 beta oscillations, in common with other oscillations in other brain regions, can arise from synchronous hyperpolarization of pyramidal cells driven by synaptic inputs from a GABA-ergic interneuronal network (or networks) entrained by recurrent excitation derived from pyramidal cells. This mechanism plays an important role in both the physiology and pathophysiology of control of voluntary movement generation.

The World Heritage vs. Local Comnuty : identifying the sources of conflicts

The presented work is an essay rather than a scientific dissertation. The author wants to put an impact on the source of conflicts regarding the complex subject of heritage management and conservation in comparison with the local needs and the given context. The paper attempts to show the role of local communities and their cooperation with authorities as well as the effects of such cooperation. The area of research comprises the problems arising in the field of implementing external rules on the local field, challenges appearing regarding the needs of local communities and the efforts of official authorities trying to implement the principles of the conventions. The problems arise when local communities display the lack of understanding and do not share the common idea of heritage conservation. This is caused mainly by the decreasing possibilities of comfortable life. The author tries to identify the main and wrongful approaches as ‘Gone with the Wind’, ‘The Prince and The Pauper’, ‘Heart of Darkness’ or ‘Scarlet letter’. The focus will be put to explain what the areas are where a mutual misunderstanding arise and why all parts to the problem present different points of view. What creates a value? Is it a heritage object or maybe the other values need a stronger protection? When the general duty and the need to protect the heritage is regarded as a controversy and when it is considered as a value within a given community? The international public interest in heritage protection is often regarded as an attempt to diminish the sovereign power of the community and provokes severe controversies and tensions. The major problem envisaged today seems to be the massive and increasing urbanisation and the destruction of the vestiges still existing of traditional cultures, when we consider century urban post-industrial districts of Upper Silesia in Poland, the medieval cities in Western Europe, the traditional nomad Masaya villages in Kenya or the remains of vanished cultures in various regions of Asia. The preferred platform of cooperation between the parts of the conflict includes divergent needs, beliefs and practices of communities and the possible fields of reconciling the abovementioned. Chosen examples of the best practices considering mutual cooperation will be underlined.

Decision-Making in the Primate Brain

Making decisions is fundamental to everything we do, yet it can be impaired in various disorders and conditions. While research into the neural basis of decision-making has flourished in recent years, many questions remain about how decisions are instantiated in the brain. Here we explored how primates make abstract decisions and decisions in social contexts, as well as one way to non-invasively modulate the brain circuits underlying decision-making. We used rhesus macaques as our model organism. First we probed numerical decision-making, a form of abstract decision-making. We demonstrated that monkeys are able to compare discrete ratios, choosing an array with a greater ratio of positive to negative stimuli, even when this array does not have a greater absolute number of positive stimuli. Monkeys’ performance in this task adhered to Weber’s law, indicating that monkeys—like humans—treat proportions as analog magnitudes. Next we showed that monkeys’ ordinal decisions are influenced by spatial associations; when trained to select the fourth stimulus from the bottom in a vertical array, they subsequently selected the fourth stimulus from the left—and not from the right—in a horizontal array. In other words, they begin enumerating from one side of space and not the other, mirroring the human tendency to associate numbers with space. These and other studies confirmed that monkeys’ numerical decision-making follows similar patterns to that of humans, making them a good model for investigations of the neurobiological basis of numerical decision-making.

We sought to develop a system for exploring the neuronal basis of the cognitive and behavioral effects observed following transcranial magnetic stimulation, a relatively new, non-invasive method of brain stimulation that may be used to treat clinical disorders. We completed a set of pilot studies applying offline low-frequency repetitive transcranial magnetic stimulation to the macaque posterior parietal cortex, which has been implicated in numerical processing, while subjects performed a numerical comparison and control color comparison task, and while electrophysiological activity was recorded from the stimulated region of cortex. We found tentative evidence in one paradigm that stimulation did selectively impair performance in the number task, causally implicating the posterior parietal cortex in numerical decisions. In another paradigm, however, we manipulated the subject’s reaching behavior but not her number or color comparison performance. We also found that stimulation produced variable changes in neuronal firing and local field potentials. Together these findings lay the groundwork for detailed investigations into how different parameters of transcranial magnetic stimulation can interact with cortical architecture to produce various cognitive and behavioral changes.

Finally, we explored how monkeys decide how to behave in competitive social interactions. In a zero-sum computer game in which two monkeys played as a shooter or a goalie during a hockey-like “penalty shot” scenario, we found that shooters developed complex movement trajectories so as to conceal their intentions from the goalies. Additionally, we found that neurons in the dorsolateral and dorsomedial prefrontal cortex played a role in generating this “deceptive” behavior. We conclude that these regions of prefrontal cortex form part of a circuit that guides decisions to make an individual less predictable to an opponent.

Mécanismes psychophysiques et neuronaux de la compensation dynamique de multiples champs de force : facilitation et anticipation liée à des indices de couleur

Dans cette thèse, nous abordons le contrôle moteur du mouvement du coude à travers deux approches expérimentales : une première étude psychophysique a été effectuée chez les sujets humains, et une seconde implique des enregistrements neurophysiologiques chez le singe. Nous avons recensé plusieurs aspects non résolus jusqu’à présent dans l’apprentissage moteur, particulièrement concernant l’interférence survenant lors de l’adaptation à deux ou plusieurs champs de force anti-corrélés. Nous avons conçu un paradigme où des stimuli de couleur aident les sujets à prédire la nature du champ de force externe actuel avant qu’ils ne l’expérimentent physiquement durant des mouvements d’atteinte. Ces connaissances contextuelles faciliteraient l’adaptation à des champs de forces en diminuant l’interférence. Selon le modèle computationnel de l’apprentissage moteur MOSAIC (MOdular Selection And Identification model for Control), les stimuli de couleur aident les sujets à former « un modèle interne » de chaque champ de forces, à s’en rappeler et à faire la transition entre deux champs de force différents, sans interférence. Dans l’expérience psychophysique, quatre groupes de sujets humains ont exécuté des mouvements de flexion/extension du coude contre deux champs de forces. Chaque force visqueuse était associée à une couleur de l’écran de l’ordinateur et les deux forces étaient anti-corrélées : une force résistante (Vr) a été associée à la couleur rouge de l’écran et l’autre, assistante (Va), à la couleur verte de l’écran. Les deux premiers groupes de sujets étaient des groupes témoins : la couleur de l’écran changeait à chaque bloc de 4 essais, tandis que le champ de force ne changeait pas. Les sujets du groupe témoin Va ne rencontraient que la force assistante Va et les sujets du groupe témoin Vr performaient leurs mouvements uniquement contre une force résistante Vr. Ainsi, dans ces deux groupes témoins, les stimuli de couleur n’étaient pas pertinents pour adapter le mouvement et les sujets ne s’adaptaient qu’à une seule force (Va ou Vr). Dans les deux groupes expérimentaux, cependant, les sujets expérimentaient deux champs de forces différents dans les différents blocs d’essais (4 par bloc), associés à ces couleurs. Dans le premier groupe expérimental (groupe « indice certain », IC), la relation entre le champ de force et le stimulus (couleur de l’écran) était constante. La couleur rouge signalait toujours la force Vr tandis que la force Va était signalée par la couleur verte. L’adaptation aux deux forces anti-corrélées pour le groupe IC s’est avérée significative au cours des 10 jours d’entraînement et leurs mouvements étaient presque aussi bien ajustés que ceux des deux groupes témoins qui n’avaient expérimenté qu’une seule des deux forces. De plus, les sujets du groupe IC ont rapidement démontré des changements adaptatifs prédictifs dans leurs sorties motrices à chaque changement de couleur de l’écran, et ceci même durant leur première journée d’entraînement. Ceci démontre qu’ils pouvaient utiliser les stimuli de couleur afin de se rappeler de la commande motrice adéquate. Dans le deuxième groupe expérimental, la couleur de l’écran changeait régulièrement de vert à rouge à chaque transition de blocs d’essais, mais le changement des champs de forces était randomisé par rapport aux changements de couleur (groupe « indice-incertain », II). Ces sujets ont pris plus de temps à s’adapter aux champs de forces que les 3 autres groupes et ne pouvaient pas utiliser les stimuli de couleurs, qui n’étaient pas fiables puisque non systématiquement reliés aux champs de forces, pour faire des changements prédictifs dans leurs sorties motrices. Toutefois, tous les sujets de ce groupe ont développé une stratégie ingénieuse leur permettant d’émettre une réponse motrice « par défaut » afin de palper ou de sentir le type de la force qu’ils allaient rencontrer dans le premier essai de chaque bloc, à chaque changement de couleur. En effet, ils utilisaient la rétroaction proprioceptive liée à la nature du champ de force afin de prédire la sortie motrice appropriée pour les essais qui suivent, jusqu’au prochain changement de couleur d’écran qui signifiait la possibilité de changement de force. Cette stratégie était efficace puisque la force demeurait la même dans chaque bloc, pendant lequel la couleur de l’écran restait inchangée. Cette étude a démontré que les sujets du groupe II étaient capables d’utiliser les stimuli de couleur pour extraire des informations implicites et explicites nécessaires à la réalisation des mouvements, et qu’ils pouvaient utiliser ces informations pour diminuer l’interférence lors de l’adaptation aux forces anti-corrélées. Les résultats de cette première étude nous ont encouragés à étudier les mécanismes permettant aux sujets de se rappeler d’habiletés motrices multiples jumelées à des stimuli contextuels de couleur. Dans le cadre de notre deuxième étude, nos expériences ont été effectuées au niveau neuronal chez le singe. Notre but était alors d’élucider à quel point les neurones du cortex moteur primaire (M1) peuvent contribuer à la compensation d’un large éventail de différentes forces externes durant un mouvement de flexion/extension du coude. Par cette étude, nous avons testé l’hypothèse liée au modèle MOSAIC, selon laquelle il existe plusieurs modules contrôleurs dans le cervelet qui peuvent prédire chaque contexte et produire un signal de sortie motrice approprié pour un nombre restreint de conditions. Selon ce modèle, les neurones de M1 recevraient des entrées de la part de plusieurs contrôleurs cérébelleux spécialisés et montreraient ensuite une modulation appropriée de la réponse pour une large variété de conditions. Nous avons entraîné deux singes à adapter leurs mouvements de flexion/extension du coude dans le cadre de 5 champs de force différents : un champ nul ne présentant aucune perturbation, deux forces visqueuses anti-corrélées (assistante et résistante) qui dépendaient de la vitesse du mouvement et qui ressemblaient à celles utilisées dans notre étude psychophysique chez l’homme, une force élastique résistante qui dépendait de la position de l’articulation du coude et, finalement, un champ viscoélastique comportant une sommation linéaire de la force élastique et de la force visqueuse. Chaque champ de force était couplé à une couleur d’écran de l’ordinateur, donc nous avions un total de 5 couleurs différentes associées chacune à un champ de force (relation fixe). Les singes étaient bien adaptés aux 5 conditions de champs de forces et utilisaient les stimuli contextuels de couleur pour se rappeler de la sortie motrice appropriée au contexte de forces associé à chaque couleur, prédisant ainsi leur sortie motrice avant de sentir les effets du champ de force. Les enregistrements d’EMG ont permis d’éliminer la possibilité de co-contractions sous-tendant ces adaptations, étant donné que le patron des EMG était approprié pour compenser chaque condition de champ de force. En parallèle, les neurones de M1 ont montré des changements systématiques dans leurs activités, sur le plan unitaire et populationnel, dans chaque condition de champ de force, signalant les changements requis dans la direction, l’amplitude et le décours temporel de la sortie de force musculaire nécessaire pour compenser les 5 conditions de champs de force. Les changements dans le patron de réponse pour chaque champ de force étaient assez cohérents entre les divers neurones de M1, ce qui suggère que la plupart des neurones de M1 contribuent à la compensation de toutes les conditions de champs de force, conformément aux prédictions du modèle MOSAIC. Aussi, cette modulation de l’activité neuronale ne supporte pas l’hypothèse d’une organisation fortement modulaire de M1.

Erratum: A single theoretical framework for circular features processing in humans: orientation and direction of motion compared (vol 6, pg 28, 2012)

Erratum to: A single theoretical framework for circular features processing in humans: orientation and direction of motion compared. In: Frontiers in computational neuroscience 6 (2012), 28

Mécanismes psychophysiques et neuronaux de la compensation dynamique de multiples champs de force : facilitation et anticipation liée à des indices de couleur

Dans cette thèse, nous abordons le contrôle moteur du mouvement du coude à travers deux approches expérimentales : une première étude psychophysique a été effectuée chez les sujets humains, et une seconde implique des enregistrements neurophysiologiques chez le singe. Nous avons recensé plusieurs aspects non résolus jusqu’à présent dans l’apprentissage moteur, particulièrement concernant l’interférence survenant lors de l’adaptation à deux ou plusieurs champs de force anti-corrélés. Nous avons conçu un paradigme où des stimuli de couleur aident les sujets à prédire la nature du champ de force externe actuel avant qu’ils ne l’expérimentent physiquement durant des mouvements d’atteinte. Ces connaissances contextuelles faciliteraient l’adaptation à des champs de forces en diminuant l’interférence. Selon le modèle computationnel de l’apprentissage moteur MOSAIC (MOdular Selection And Identification model for Control), les stimuli de couleur aident les sujets à former « un modèle interne » de chaque champ de forces, à s’en rappeler et à faire la transition entre deux champs de force différents, sans interférence. Dans l’expérience psychophysique, quatre groupes de sujets humains ont exécuté des mouvements de flexion/extension du coude contre deux champs de forces. Chaque force visqueuse était associée à une couleur de l’écran de l’ordinateur et les deux forces étaient anti-corrélées : une force résistante (Vr) a été associée à la couleur rouge de l’écran et l’autre, assistante (Va), à la couleur verte de l’écran. Les deux premiers groupes de sujets étaient des groupes témoins : la couleur de l’écran changeait à chaque bloc de 4 essais, tandis que le champ de force ne changeait pas. Les sujets du groupe témoin Va ne rencontraient que la force assistante Va et les sujets du groupe témoin Vr performaient leurs mouvements uniquement contre une force résistante Vr. Ainsi, dans ces deux groupes témoins, les stimuli de couleur n’étaient pas pertinents pour adapter le mouvement et les sujets ne s’adaptaient qu’à une seule force (Va ou Vr). Dans les deux groupes expérimentaux, cependant, les sujets expérimentaient deux champs de forces différents dans les différents blocs d’essais (4 par bloc), associés à ces couleurs. Dans le premier groupe expérimental (groupe « indice certain », IC), la relation entre le champ de force et le stimulus (couleur de l’écran) était constante. La couleur rouge signalait toujours la force Vr tandis que la force Va était signalée par la couleur verte. L’adaptation aux deux forces anti-corrélées pour le groupe IC s’est avérée significative au cours des 10 jours d’entraînement et leurs mouvements étaient presque aussi bien ajustés que ceux des deux groupes témoins qui n’avaient expérimenté qu’une seule des deux forces. De plus, les sujets du groupe IC ont rapidement démontré des changements adaptatifs prédictifs dans leurs sorties motrices à chaque changement de couleur de l’écran, et ceci même durant leur première journée d’entraînement. Ceci démontre qu’ils pouvaient utiliser les stimuli de couleur afin de se rappeler de la commande motrice adéquate. Dans le deuxième groupe expérimental, la couleur de l’écran changeait régulièrement de vert à rouge à chaque transition de blocs d’essais, mais le changement des champs de forces était randomisé par rapport aux changements de couleur (groupe « indice-incertain », II). Ces sujets ont pris plus de temps à s’adapter aux champs de forces que les 3 autres groupes et ne pouvaient pas utiliser les stimuli de couleurs, qui n’étaient pas fiables puisque non systématiquement reliés aux champs de forces, pour faire des changements prédictifs dans leurs sorties motrices. Toutefois, tous les sujets de ce groupe ont développé une stratégie ingénieuse leur permettant d’émettre une réponse motrice « par défaut » afin de palper ou de sentir le type de la force qu’ils allaient rencontrer dans le premier essai de chaque bloc, à chaque changement de couleur. En effet, ils utilisaient la rétroaction proprioceptive liée à la nature du champ de force afin de prédire la sortie motrice appropriée pour les essais qui suivent, jusqu’au prochain changement de couleur d’écran qui signifiait la possibilité de changement de force. Cette stratégie était efficace puisque la force demeurait la même dans chaque bloc, pendant lequel la couleur de l’écran restait inchangée. Cette étude a démontré que les sujets du groupe II étaient capables d’utiliser les stimuli de couleur pour extraire des informations implicites et explicites nécessaires à la réalisation des mouvements, et qu’ils pouvaient utiliser ces informations pour diminuer l’interférence lors de l’adaptation aux forces anti-corrélées. Les résultats de cette première étude nous ont encouragés à étudier les mécanismes permettant aux sujets de se rappeler d’habiletés motrices multiples jumelées à des stimuli contextuels de couleur. Dans le cadre de notre deuxième étude, nos expériences ont été effectuées au niveau neuronal chez le singe. Notre but était alors d’élucider à quel point les neurones du cortex moteur primaire (M1) peuvent contribuer à la compensation d’un large éventail de différentes forces externes durant un mouvement de flexion/extension du coude. Par cette étude, nous avons testé l’hypothèse liée au modèle MOSAIC, selon laquelle il existe plusieurs modules contrôleurs dans le cervelet qui peuvent prédire chaque contexte et produire un signal de sortie motrice approprié pour un nombre restreint de conditions. Selon ce modèle, les neurones de M1 recevraient des entrées de la part de plusieurs contrôleurs cérébelleux spécialisés et montreraient ensuite une modulation appropriée de la réponse pour une large variété de conditions. Nous avons entraîné deux singes à adapter leurs mouvements de flexion/extension du coude dans le cadre de 5 champs de force différents : un champ nul ne présentant aucune perturbation, deux forces visqueuses anti-corrélées (assistante et résistante) qui dépendaient de la vitesse du mouvement et qui ressemblaient à celles utilisées dans notre étude psychophysique chez l’homme, une force élastique résistante qui dépendait de la position de l’articulation du coude et, finalement, un champ viscoélastique comportant une sommation linéaire de la force élastique et de la force visqueuse. Chaque champ de force était couplé à une couleur d’écran de l’ordinateur, donc nous avions un total de 5 couleurs différentes associées chacune à un champ de force (relation fixe). Les singes étaient bien adaptés aux 5 conditions de champs de forces et utilisaient les stimuli contextuels de couleur pour se rappeler de la sortie motrice appropriée au contexte de forces associé à chaque couleur, prédisant ainsi leur sortie motrice avant de sentir les effets du champ de force. Les enregistrements d’EMG ont permis d’éliminer la possibilité de co-contractions sous-tendant ces adaptations, étant donné que le patron des EMG était approprié pour compenser chaque condition de champ de force. En parallèle, les neurones de M1 ont montré des changements systématiques dans leurs activités, sur le plan unitaire et populationnel, dans chaque condition de champ de force, signalant les changements requis dans la direction, l’amplitude et le décours temporel de la sortie de force musculaire nécessaire pour compenser les 5 conditions de champs de force. Les changements dans le patron de réponse pour chaque champ de force étaient assez cohérents entre les divers neurones de M1, ce qui suggère que la plupart des neurones de M1 contribuent à la compensation de toutes les conditions de champs de force, conformément aux prédictions du modèle MOSAIC. Aussi, cette modulation de l’activité neuronale ne supporte pas l’hypothèse d’une organisation fortement modulaire de M1.

Object detection and recognition in complex scenes

Dissertação de Mestrado, Engenharia Informática, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2014

Caractérisation du potentiel de champ locale dans le cortex préfrontal médian du rat durant le stress et la prise alimentaire

Le stress joue un rôle important dans le maintien de la qualité de vie quotidienne. Une exposition à une situation stressante peut causer divers désordres neuropsychiatriques du cerveau qui sont associés avec des problèmes liés au sommeil, à la dépression, à des problèmes digestifs et à des troubles de l’alimentation. Les traitements de ces troubles liés au stress sont très coûteux à travers le monde. De nos jours, des considérations importantes ont été soulevées afin de trouver des moyens appropriés pour la prévention plutôt que de dépenser ultérieurement plus de budget sur les traitements. De cette façon, l’étude et l’expérimentation sur les animaux des troubles liés au stress sont l’un des moyens les plus fiables pour atteindre une compréhension plus profonde des problèmes liés au stress. Ce projet visait à révéler la modulation des potentiels de champ locaux (LFP) lors de la consommation de sucrose dans deux conditions englobant la condition de contrôle non-stressante et celle stressante d’un choc électrique aiguë à la patte dans le cortex préfrontal médian (CPFm) du cerveau de rat. Le CPFm est une structure importante dans la réponse au stress et à l’anxiété par l’interaction avec l’axe hypothalamique-pituitaire surrénale (HPA). Les résultats de ce projet ont révélé que la plupart des coups de langue se sont produits dans les 15 premières minutes de l’accès à une solution de sucrose autant pour la condition contrôle non-stressante que pour la condition stressante. En outre, le stress aigu d’un choc à la patte affecte de manière significative la consommation horaire de sucrose en diminuant le volume de la consommation. Les résultats ont également révélé une présence importante du rythme thêta dans le CPFm pendant la condition de base et pendant l’ingestion de sucrose dans les deux conditions. De plus, les résultats ont montré une diminution de puissance des bandes delta et thêta lors des initiations de léchage du sucrose. Ce projet conduit à des informations détaillées sur les propriétés électrophysiologiques du cortex infra-limbique (IL) du CPFm en réponse à l’exposition à des conditions de stress et de l’apport d’une solution de sucrose. Ce projet permet également de mieux comprendre les mécanismes neurophysiologiques des neurones du CPFm en réponse à l’exposition à une condition stressante suivie d’apport de sucrose. Ce projet a également permis de confirmer les effets anorexigènes du stress et suggèrent également que la synchronisation neuronale dans le cortex IL peut jouer un rôle dans le comportement de léchage et sa désynchronisation pendant le léchage après une exposition à des conditions stressantes.