Les petits mouvements oculaires sont soumis à un degré surprenant de contrôle cognitif

La découverte, décrite le 3 avril dans Biologie actuelleajoute à la compréhension scientifique de la façon dont la vision – loin d’être une simple absorption des signaux entrants de la rétine – est contrôlée et dirigée par des processus cognitifs.

“Ces mouvements oculaires sont si infimes que nous n’en sommes même pas conscients, et pourtant notre cerveau peut en quelque sorte utiliser la connaissance de la tâche visuelle pour les contrôler”, explique l’auteur principal de l’étude, le Dr Yen-Chu Lin, qui a réalisé l’étude. travailler en tant que Fred Plum Fellow en neurologie des systèmes et neurosciences à l’Institut de recherche sur le cerveau et l’esprit de la famille Feil à Weill Cornell Medicine.

Le Dr Lin travaille dans le laboratoire de l’auteur principal de l’étude, le Dr Jonathan Victor, professeur Fred Plum de neurologie à Weill Cornell Medicine.

L’étude a impliqué une étroite collaboration avec le laboratoire du Dr Michele Rucci, professeur de sciences du cerveau et cognitives et de neurosciences à l’Université de Rochester.

Les neuroscientifiques savent depuis des décennies que les informations stockées dans la mémoire peuvent fortement façonner le traitement des entrées sensorielles, y compris les flux de données visuelles provenant des yeux. En d’autres termes, ce que nous voyons est influencé par ce que nous nous attendons à voir ou par les exigences de la tâche à accomplir.

La plupart des études sur le contrôle cognitif des mouvements oculaires ont couvert des mouvements plus évidents, tels que les mouvements de “saccade” dans lesquels les yeux traversent de grandes parties du champ visuel. Dans la nouvelle étude, les Drs. Lin et Victor et leurs collègues ont examiné la dérive oculaire, de minuscules tremblements de l’œil qui se produisent même lorsque le regard semble fixe. Les dérives oculaires sont des mouvements subtils qui déplacent une cible visuelle sur la rétine sur des distances de l’ordre d’une fraction de millimètre environ – sur seulement quelques dizaines de photorécepteurs (cônes). On pense qu’ils améliorent la détection de petits détails stationnaires dans une scène visuelle en les balayant, convertissant efficacement les détails spatiaux en trains de signaux visuels dans le temps.

Des études antérieures avaient suggéré que la dérive oculaire et d’autres “mouvements oculaires de fixation” à petite échelle ne sont sous contrôle cognitif que dans un sens large – par exemple, en ralentissant lors de la numérisation de scènes plus finement détaillées. Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont trouvé des preuves d’un type de contrôle plus précis.

À l’aide d’un équipement sensible dans le laboratoire du Dr Rucci, les chercheurs ont enregistré des dérives oculaires chez six volontaires à qui on a demandé d’identifier laquelle d’une paire de lettres (H contre N ou E contre F) leur était montrée sur un fond de bruit visuel. Sur la base d’une modélisation informatique, les scientifiques s’attendaient à ce que les mouvements oculaires optimaux pour discriminer les lettres croisent les éléments clés distinguant les lettres à angle droit. Ainsi, ils ont émis l’hypothèse qu’un contrôle cognitif plus précis, s’il existait, aurait tendance à diriger la dérive oculaire dans les directions verticale et oblique (inférieur gauche à supérieur droit) pour la discrimination H vs N, par rapport à des mouvements plus strictement verticaux pour le Discrimination E contre F.

Ils ont constaté que les mouvements oculaires des sujets avaient effectivement tendance à suivre ces schémas – même dans les 20 % d’essais au cours desquels les sujets, bien qu’attendant de voir une lettre, ne voyaient que du bruit. Ce dernier résultat a montré que le contrôle cognitif de la dérive oculaire pouvait être piloté uniquement par une connaissance préalable spécifique de la tâche visuelle, indépendamment de toute information visuelle entrante.

“Ces résultats soulignent l’interrelation entre les parties sensorielles et motrices de la vision – on ne peut vraiment pas les voir séparément”, a déclaré le Dr Victor, qui est également professeur de neurosciences au Feil Family Brain and Mind Research Institute à Weill. Cornell.

Il a noté que l’on pense que la direction des mouvements oculaires fins provient des neurones du tronc cérébral, alors que la connaissance de la tâche réside vraisemblablement dans la partie supérieure du cerveau : le cortex, ce qui implique une sorte de connexion non consciente entre eux.

“Les sujets sont conscients des tâches qu’ils doivent accomplir, mais ils ne savent pas que leurs yeux exécutent ces petits mouvements, même lorsque vous leur dites”, a déclaré le Dr Victor.

Des études sur cette voie, a-t-il ajouté, pourraient conduire à une meilleure compréhension non seulement des neurosciences de la vision, mais peut-être aussi des troubles visuels – qui ont traditionnellement été considérés comme des troubles de la rétine ou du traitement sensoriel dans le cerveau.

“Ce que nos résultats suggèrent, c’est que les troubles visuels peuvent parfois aussi avoir une composante motrice, car une vision optimale dépend de la capacité du cerveau à exécuter ces très petits mouvements”, a déclaré le Dr Victor.