Une équipe de la Technische Universität München (TUM) a réussi à résoudre l'un des débats les plus anciens de la neuroscience : comment le cerveau transforme l'information visuelle en formes reconnaissables.
La recherche, dirigée par le professeur Arthur Konnerth, a confirmé que la capacité à distinguer les orientations — comme les lignes horizontales ou verticales — se génère dans la cortex cérébral, comme l'avaient proposé David Hubel et Torsten Wiesel, deux neuroscientifiques qui ont remporté le Prix Nobel pour leurs recherches sur le système visuel, dans les années 1960.
La découverte, publiée dans la revue Science, obtenue grâce à des techniques d'ultra haute résolution et des outils de manipulation neuronale, valide l'une des théories les plus influentes sur le fonctionnement du système visuel et redéfinit le rôle de différentes régions du cerveau dans ce processus.
Comment le cerveau construit ce que nous voyons
Chaque fois que nous regardons un objet, l'information visuelle n'arrive pas au cerveau déjà « interprétée ». Elle passe d'abord par le thalamus, une structure qui agit comme une station relais et envoie des données de base vers le cortex visuel.
Là, se produit l'essentiel : le cortex prend cette information initiale et la transforme en quelque chose de compréhensible. C'est à ce stade que le cerveau commence à différencier, par exemple, une ligne horizontale d'une verticale ou un bord d'un autre.
L'étude démontre que le thalamus fournit des signaux généraux, mais c'est le cortex qui effectue le traitement permettant de reconnaître des formes. En d'autres termes, le « sens » de ce que nous voyons n'est pas dans l'information qui arrive, mais dans la façon dont le cerveau l'interprète.
Depuis les années 60, la théorie de Hubel et Wiesel soutenait que la vision se construit de façon progressive : des neurones dans le cortex réagissent de manière spécifique à certaines caractéristiques, comme l'orientation d'une ligne.
Bien que ce modèle ait été largement accepté, il existait une question clé : cette sélectivité venait-elle déjà du thalamus ou était-elle générée uniquement dans le cortex ?
Pendant des décennies, il n'a pas été possible de répondre à cette question avec précision, car les outils disponibles ne permettaient pas d'observer le processus en détail.
Une technologie qui a permis de voir ce qui était auparavant invisible
L'équipe de la TUM a réussi à progresser sur ce problème grâce à des techniques qui permettent d'observer le cerveau en fonctionnement avec un niveau de détail sans précédent.
Ils ont utilisé la microscopie à deux photonnes, une technologie qui permet de visualiser les connexions entre les neurones dans des cerveaux vivants. Grâce à des protéines fluorescentes, ils ont pu identifier quelles connexions s'activaient face à des stimuli visuels concrets, comme des lignes dans différentes directions.
De plus, ils ont appliqué l'optogénétique, une technique qui permet d'activer ou de désactiver des neurones à l'aide de la lumière. Cela leur a permis d'isoler l'origine des signaux : si en « éteignant » le cortex la réponse disparaissait, cela signifiait que cette information était générée là.
Les résultats étaient clairs. Les signaux provenant du thalamus étaient intenses, mais ne différenciaient pas les orientations. Cette capacité n'apparaissait que dans le cortex cérébral.
Cela signifie que le cerveau ne reçoit pas directement l'information « interprétée », mais la construit à partir de données plus simples.
Une façon simple de le penser est que le thalamus envoie des pièces détachées et que le cortex se charge d'assembler le puzzle.
Le rôle de l'apprentissage dans le cerveau
L'étude a également identifié des différences clés dans la façon dont les connexions neuronales s'adaptent. Les connexions provenant du thalamus restent stables, tandis que celles qui existent à l'intérieur du cortex peuvent se moduler avec l'expérience.
Ce phénomène, connu sous le nom de plasticité synaptique, est la base de l'apprentissage. C'est ce qui permet au cerveau de s'adapter, d'améliorer sa capacité à interpréter les stimuli et de raffiner ce qu'il perçoit avec le temps.
Au-delà de sa pertinence en neuroscience, la découverte a des implications dans le développement technologique. Les principes qui décrivent comment le cerveau traite l'information visuelle inspirent déjà des modèles d'intelligence artificielle, notamment dans les systèmes de reconnaissance d'images.
Comprendre plus précisément comment fonctionne ce mécanisme permet de concevoir des algorithmes plus efficaces, capables d'apprendre et de s'adapter de manière similaire aux systèmes biologiques.
Les résultats soutiennent les idées de Hubel et Wiesel, qui ont marqué un avant et un après dans l'étude du cerveau. Selon Konnerth, le travail démontre à quel point ces hypothèses formulées il y a plus de cinquante ans étaient correctes.
La recherche ne résout pas seulement une discussion historique, mais ouvre également de nouvelles pistes de travail dans l'étude du cerveau et son application dans la technologie.
Une base pour mieux comprendre comment nous percevons le monde
L'étude apporte une idée centrale : voir n'est pas simplement recevoir de l'information, mais l'interpréter. La perception visuelle découle d'un processus actif, dans lequel différentes régions du cerveau jouent des rôles spécifiques.
À partir de ces découvertes, la neuroscience dispose d'une base plus solide pour explorer comment les images se construisent dans l'esprit et comment cette connaissance peut être transférée à de nouveaux outils technologiques.