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The role of input nonlinearities in the primate visual system

Authors
Publisher
McGill University
Publication Date
Keywords
  • Biology - Neuroscience
Disciplines
  • Biology
  • Computer Science
  • Mathematics

Abstract

Quand un observateur perçoit un objet en mouvement, la projection du déplacement sur la rétine est d'abord convertie en information sur la vélocité au niveau du cortex visuel primaire (V1). Ces données sont ensuite distribuées à plusieurs structures visuelles corticales, collectivement connues sous le nom de cortex extrastrié. Une des ces aires corticales, l'aire temporale moyenne (MT), contient des neurones sélectifs à la vélocité. Les signaux sortants de MT sont ensuite envoyés aux aires corticales supérieures où une perception consciente du mouvement est intégrée. Plusieurs études ont construit des modèles mathématiques sophistiqués pour expliquer le procédé par lequel la vélocité est analysée spécifiquement par MT. Selon la majorité de ces modèles, des computations complexes sont appliquées par MT aux signaux provenant de V1, qui eux sont typiquement des filtres linéaires des stimuli visuels. Les données construites par MT sont ensuite utilisées pour inférer une perception. Ces modèles, tout en étant efficaces pour expliquer la relation entre les réponses neuronales de MT et les stimuli visuels, s'appuient sur des assomptions mathématiques des computations de V1. En particulier, la supposition que les réponses neuronales de V1 aux stimuli visuels sont linéaires est contredite par la démonstration de multiples non-linéarités à cette étape. Similairement, les données sortantes de MT passent par plusieurs étapes non-linéaires avant d'influencer la perception. Donc, pour faciliter le développement de modèles biologiques plausibles, il faut d'abord comprendre la non-linéarité des données entrantes à MT. La présente thèse explore cette question en analysant des données électro-physiologiques recueillies de trois macaques rhésus conscients et en développant de nouveaux modèles computationnels. En particulier, cette thèse démontre que plusieurs fonctions de MT qui paraissaient compliquées sont en fait largement expliquées par la non-linéarité des signaux de V1. De plus, cette thèse apporte une nouvelle formulation des contributions du centre et du pourtour des champs récepteurs visuels, révélant des données entrantes inhibitrices non-linéaires, ce qui n'avait jamais été observé auparavant. Finalement, cette thèse démontre que plusieurs des phénomènes perceptuels dépendant supposément de l'antagonisme centre/pourtour au niveau de MT pourraient en fait être dus à l'accumulation de non-linéarité dans le système visuel.

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