Etude des corrélats neuronaux de la perception intra-saccadique du mouvement par neuroimagerie multimodale

Study of the neural correlates of intra-saccadic motion perception by multimodal neuroimaging.

• Auteur / Autrice : Gaëlle Nicolas
• Direction : Anne Guérin-Dugué, Michel Dojat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Modèles, méthodes et algorithmes en biologie, santé et environnement
• Date : Soutenance le 20/03/2023
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale ingénierie pour la santé, la cognition, l'environnement (Grenoble ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Grenoble Images parole signal automatique (2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Thérèse Collins
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Elena Moro, Eric Castet, Benoit Cottereau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Thérèse Collins, Denis Pélisson

Mots clés

Mots clés contrôlés

Oculométrie

Oeil -- Mouvements

Perception visuelle du mouvement

Électroencéphalographie

Mots clés libres

Perception intra-Saccadique

Electroencéphalographie (EEG)

Oculométrie

Reconstruction de sources

IRMf

Saccade oculaire

Electroencephalography

Eye-Tracking

Fmri

Intra-Saccadic perception

Ocular saccade

Source reconstruction

Résumé

L’objectif principal de ce travail de thèse est d’étudier les corrélats neuronaux de la perception du mouvement durant la saccade oculaire, chez l’homme, en montrant l’implication du réseau d’aires visuelles et oculomotrices qui sous-tend cette perception intra-saccadique. Ce réseau comprend des aires visuelles dites de « bas niveau », comme les aires visuelles primaires V1-V2 et l’aire tertiaire V3 ; des aires dites de « de haut niveau » comme l’aire sensible au mouvement MT/V5 et l’aire sensible à la couleur V4 ; et des aires oculomotrices, impliquées dans la programmation et la génération des saccades oculaires, comme le Frontal Eye Field (FEF) et la partie latérale et ventrale du sillon intra-pariétal (IPS). Pour étudier cela, nous avons utilisé deux techniques complémentaires de neuroimagerie non-invasives, l’EEG et l’IRMf, toutes les deux conjointement avec l’oculométrie. Pour la première expérience, basée sur le paradigme psychophysique original de Castet & Masson, (2000), nous avons utilisé des enregistrements conjoints en EEG et en oculométrie avec une méthode simple de reconstruction de sources en EEG. Nos résultats ont montré que les aires visuelles primaires V1-V2 et l’aire sensible au mouvement MT/V5 de la voie magnocellulaire (1) étaient actives pendant la saccade, (2) que la perception intra-saccadique du mouvement était effective lorsque l’on utilise un paradigme visuel optimisé pour la voie magnocellulaire, et (3) que cette perception intra-saccadique du mouvement présentait des corrélats neuronaux similaires à la perception visuelle durant la fixation oculaire (Nicolas et al., 2021). Pour préciser ces premiers résultats, nous avons mené une seconde expérience (réplication de la première) en utilisant cette-fois-ci, des méthodes de reconstruction de sources en EEG plus complexes, informées par IRMf. Nous avons notamment utilisée une nouvelle méthode développée dans l’équipe d’accueil, pour la reconstruction de sources en EEG informée par IRMf, appelée S4 (« Spatial Sparsity in the Source Space » ; Samadi et al., 2016). Avant d’utiliser cette nouvelle méthode S4, plus complexe car informée par IRMf, dans le cadre de l’expérience en EEG-oculométrie de perception intra-saccadique, nous avons dû mener un travail méthodologique d’évaluation de cette nouvelle méthode de S4 de reconstruction de sources en EEG informée par IRMf.

The main objective of this thesis is to study the neural correlates of motion perception during the ocular saccade in humans, by showing the involvement of the network of visual and oculomotor areas that underlie this intra-saccadic perception. This network includes "low-level" visual areas, such as the primary visual areas V1-V2 and the tertiary area V3; "high-level" areas, such as the motion-sensitive area MT/V5 and the colour-sensitive area V4; and oculomotor areas, involved in the programming and generation of ocular saccades, such as the Frontal Eye Field (FEF) and the lateral and ventral part of the intra-parietal sulcus (IPS). To study this, we used two complementary non-invasive neuroimaging techniques, EEG and fMRI, both joined with eye tracking. For the first experiment, based on the original psychophysical paradigm of Castet & Masson, (2000), we used joint EEG and eye-tracking recordings with a simple EEG source reconstruction method. Our results showed that the primary visual areas V1-V2 and the motion-sensitive area MT/V5 of the magnocellular pathway (1) were active during the saccade, (2) that intra-saccadic motion perception was effective when using a visual paradigm optimised for the magnocellular pathway, and (3) that this intra-saccadic motion perception presented neural correlates similar to visual perception during ocular fixation (Nicolas et al., 2021) To clarify these initial results, we conducted a second experiment (replication of the first), this time using more complex EEG source reconstruction methods informed by fMRI. In particular, we used a new method developed in the host team for fMRI-informed EEG source reconstruction, called S4 ("Spatial Sparsity in the Source Space"; Samadi et al., 2016). Before using this new, more complex fMRI-informed S4 method in the intra-saccadic perceptual EEG-oculometry experiment, we had to conduct methodological work to evaluate this new fMRI-informed EEG source reconstruction S4 method.