Des illusions aux hallucinations visuelles:
une porte sur la perception

Laurent Perrinet

Neurocercle : Découvrir les neurosciences à Grenoble, 12/1/2022

https://laurentperrinet.github.io/talk/2022-01-12-neuro-cercle

Hommage à Jeanny... en 2003, la préface de BICV

Avant tout, je voudrais rendre hommage à Jeanny Herault qui nous a malheureusement quitté l'année dernière… Il a été une influence importante par son travail scientifique et a eu la gentillesse de participer à mon jury de thèse en 2003, ici en compagnie de Michel Imbert, de mon directeur de thèse Manuel Samuelides et de Simon Thorpe qui était mon codirecteur. nous avons eu aussi la chance que Jeanny accepte d'écrire la préface du livre que nous avions édité avec GC et MK et dont je montre la couverture. Cette préface, que vous pouvez lire en suivant le lien ci-dessous, est toujours d'actualité… je le remercie pour son travail et aussi pour sa gentillesse et j'espère qu'il sera longtemps une inspiration pour les générations actuelles et futures...

Hering illusion

Les illusions visuelles...

L’étymologie du mot illusion réfère à la tromperie et nous permet de définir les illusions visuelles comme une stimulation visuelle qui induit une perception décalée par rapport à la réalité physique (le stimulus proximal). Dans l’illusion classique dit de Hering par exemple deux lignes parallèles,...
quand elles sont placées sur un faisceau de lignes convergentes, semblent légèrement courbées comme si le centre de l’image avait gonflé par rapport à sa périphérie. Cette illusion est robuste même si l’on prend une règle pour vérifier physiquement le parallélisme des lignes (ou simplement en enlevant les lignes fuyantes):

Il n’est pas possible de ne pas la percevoir. Ainsi, pour cette illusion comme pour une grande variété d’autres illusions visuelles (statiques ou dynamiques) ou sur d’autres modalités (comme le toucher), les illusions visuelles marquent tout d’abord par ce caractère quasi universel et intuitif, c’est-à-dire sans qu’il faille expliquer ou donner un mode d’emploi pour percevoir ces illusions.

Il existe une large classe d'illusions visuelles et je vais vous montrer tout d'abord des exemples très classiques qui montrent...

Hering illusion

Les illusions visuelles...

L’étymologie du mot illusion réfère à la tromperie et nous permet de définir les illusions visuelles comme une stimulation visuelle qui induit une perception décalée par rapport à la réalité physique (le stimulus proximal). Dans l’illusion classique dit de Hering par exemple deux lignes parallèles,...
quand elles sont placées sur un faisceau de lignes convergentes, semblent légèrement courbées comme si le centre de l’image avait gonflé par rapport à sa périphérie. Cette illusion est robuste même si l’on prend une règle pour vérifier physiquement le parallélisme des lignes (ou simplement en enlevant les lignes fuyantes):

Il existe une large classe d'illusions visuelles et je vais vous montrer tout d'abord des exemples très classiques qui montrent...

Multistabilité: Cube de Necker, Vase de Rubin

... un premier phénomène dit de bistabilité :

tout d'abord dans le cube dit de Necker dans lequel vous voyez un ensemble de lignes qui forment une figure que vous pourrez sûrement interpréter de façon tridimensionnelle : le dessin correspond à un cube dont les arètes sont dessinées sur une perspective isométrique.
Si vous vous concentrez maintenant sur une face puis sur l'autre de ce cube et que dans votre imagination vous la mettez en avant ou en arrière alors vous avez un phénomène changeant (bitable) qui permet de passer d'une configuration du cube à une autre les deux sont également aussi probables.
Notez, qu'il existe en fait une infinité de configurations qui correspondent à la projection de figures tridimensionnelle sur ce plan mais ce sont les deux configurations de cube que nous imaginons de préférence car elles sont les plus simples - c'est une manifestation du rasoir d'ockham...
dans le vase dit de Rubin on a aussi une phénomène bistable qui correspond à voir soit deux visages qui se font face soit un vase soit la silhouette d'un vase

Les ambiguïtés de la perception visuelle (Pascal Mamassian)

#TheDress: #whiteandgold or #blackandblue ?

À ce titre, une illusion récente est remarquable à bien des égards. En effet, certaines illusions illusions comme le cube de Necker sont multi-stable, dans le sens où la perception peut alterner autour de plusieurs interprétations possibles de la même image. Dans le cas de #LaRobe, nous avons une image qui a le pouvoir de diviser la population mondiale (au moins sur les réseaux sociaux) entre des perceptions alternatives. En plus, au lieu d’être créée par des scientifiques, cette illusion est née par sérendipité à partir d’une simple photo prise lors de la préparation d’une cérémonie de mariage. Ainsi, pensez-vous qu’elle est blanche et or ou alors qu’elle est bleu avec des bandes noires ? Je vous invite à voter avec le bouton "reaction"

Même si le débat fait toujours rage, les explications scientifiques (entre autres articles scientifiques ou sessions spéciales de conférence) convergent sur une perception de la couleur de la figure qui est modifiée par le contexte du fond. En effet notre système visuel doit pouvoir identifier la couleur d’un objet (par exemple pour évaluer la maturité d’un fruit comme une banane) quelque soit les conditions lumineuses, un matin le midi avec une lumière crue ou le crépuscule avec une lumière orangée du soir. Ici le fond est surexposé et rend cette interprétation ambiguë et deux interprétations sont possibles pour cette image...

... comme illustré dans la figure de droite. Je peux vous dévoiler que sur un échantillon représentatif une courte majorité voilà la robe bleue et noir.

Un aspect remarquable de cette illusion et d’une part sa stabilité et d’autre part la difficulté de changer d’interprétation une fois une première interprétation formée, c’est-à-dire de passer une couleur bleue à une perception d’une couleur blanche. Cette illusion est à mes yeux d’autant plus puissante car elle met en évidence que les images sont interprétées par notre système visuel. Celà apporte aussi ce message universel qu'une propriété de nos fonctions cognitives et de pouvoir interpréter la même objet physique de différentes façons, et réconcilier des groupes humains qui peuvent avoir des façons contrastées de voir des objets physiques qui sont identiques. Pour reprendre le célèbre proverbe on pourrait dire que « l’illusion est humaine »!

Two ways in which the photograph of The dress may be perceived: * black and blue under a yellow-tinted illumination (left figure) or * white and gold under a blue-tinted illumination (right figure).

Ilusions of brightness or lightness - Akiyoshi KITAOKA

Rotating Snakes - Akiyoshi KITAOKA

... Akiyoshi Kitaoka dans laquelle l'arrangement des différentes formes sur l'image induit une forte impression de mouvement. Bien sûr ce n'est qu'une image il n'y a pas de mouvement.

Pour s'en convaincre on peut facilement se rendre compte que les mouvements induits par cette image sont dépendant des mouvements des yeux que l'on fait (et donc indépendants de mon écran).

Cette illusion très surprenante se rapproche qualitativement d'un forme d'hallucination et nous allons voir dans la suite si on peut déduire des mécanismes neuronaux sous-tendant cette illusion.

https://www.illusionsindex.org/i/rotating-snakes

See also Professor Kitaoka’s personal website at http://www.ritsumei.ac.jp/~akitaoka/index-e.html

Akiyoshi Kitaoka (@AkiyoshiKitaoka) / Twitter https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/b5/Peripheral_drift_illusion_rotating_snakes.svg/2880px-Peripheral_drift_illusion_rotating_snakes.svg.png

The image consists of an arrangement of snake-like concentric circles, defined by contrasting regions of colour.

Instructions

Allow your gaze to move naturally over the figure, coming to rest from time to time. Try fixing your gaze at a point and see what happens. Effect

You should have a visual experience as of the 'snakes' rotating, when in fact they are stationary. When you fix your gaze this illusory motion ceases. Note that some snakes rotate clockwise, others anticlockwise. The Rotating Snakes Illusion evokes a perceptual experience of illusory motion. It was invented by Japanese psychologist and academic Akiyoshi Kitaoka (Kitaoka and Ashida 2003). It is one of a class of peripheral drift illusions; whatever part of the figure is in the centre of our visual field appears motionless (as indeed it is), while the parts seen in our peripheral vision appear to move.

No-one is quite sure as to how the Rotating Snakes illusion works, although there is some consensus that it involves a difference in the processing latency of signals corresponding to different parts of the figure. Conway et al. (2003) propose that high-contrast areas are processed faster than low-contrast areas, where contrast is defined globally over the entire receptive field of an individual retinal neuron; in this case, the regions of highest contrast appear in the outermost ‘coil’ of the snakes. The illusory motion is then explained as an example of the reverse phi phenomenon first described in Anstis and Rogers (1974): a bright spot appearing and fading at some point in the visual field, subsequently followed by a dark spot appearing and fading at some other point, will create a sense of motion from the dark stimulus toward the light stimulus if this pattern is cycled. Looking closely at the figure, you will notice that adjacent ‘snakes’ are patterned so that the colours appear in the opposite order. If the reverse phi phenomenon explains illusory motion, the reversing patterns explain why some snakes rotate clockwise and others anticlockwise. A processing latency mechanism is consistent with the fact that the illusion ceases when our gaze is fixed, because in that case the signal from each part of the visual field is fairly constant. This suggests that blinks and small involuntary movements of the eye called ‘saccades’ may play an important role in triggering the illusion (Otero-Mill et al. 2012).

The Rotating Snakes Illusion is also interesting because it is relevant to debates about modularity, cognitive penetration, and the nature of experience. To explain: on the hypothesis that the mind is modular, a mental module is a kind of semi-independent department of the mind which deals with particular types of inputs, and gives particular types of outputs, and whose inner workings are not accessible to the conscious awareness of the person – all one can get access to are the relevant outputs. So, in the case of the Rotating Snakes Illusion, a standard way of explaining why experience of the illusion persists even though one knows that one is experiencing an illusion is that the module, or modules, which constitute the visual system are ‘cognitively impenetrable’ to some degree – i.e. their inner workings and outputs cannot be influenced by conscious awareness. For a general discussion of cognitive penetration, see Macpherson (2012).

Philosophers have also been interested in what illusions like the Rotating Snakes Illusion can tell us about the nature of experience. For example, in the case of experiencing the Rotating Snakes Illusion, it would seem to be that the one can know that nothing on the screen rotates whilst at the same time experiences rotating snakes. If so, then this might count against the claim the perceptual states are belief-like, because if perceptual states were belief like then, when experiencing the Rotating Snakes Illusion one would simultaneously believe that the snakes were, and were not, rotating. This would seem to entail that one was being irrational, because one would simultaneously be holding contradictory beliefs. But it seems highly implausible that one is being irrational when under going this illusion. For discussion of this general point about whether perceptions are like beliefs, see Crane & French (2016).

http://i2.cdn.cnn.com/cnnnext/dam/assets/150410134301-cat-going-up-or-down-super-169.jpg

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Universalité des illusions visuelles

Une neuro-anatomie fonctionnelle des illusions?

Coute que coute, prédire le présent

Paréidolie

Cydonia Mensae (1976) Viking Orbiter image

Tout d'abord, il est intéressant de considérer cette image prise en 1971 par la sonde Viking. elle représente une partie de la surface de la planète Mars. L’image est relativement floue, et les points noirs sont des erreurs de mesure (missing pixels). on distingue très clairement un visage de type humain comme une sculpture géante laissée là par une civilisation extraterrestre.
Quelques 20 ans plus tard, de nouvelles images ont été réalisés par de nouvelles sondes spatiales et montrent aussi une forme de visage. Mais une fois la résolution de l’image affinée,
les détails du relief révèlent qu’il n’y a pas physiquement de sculpture de ce type mais seulement un simple rocher. C’est un cas de paréidolie: quelque chose est perçu alors qu’il est physiquement absent.

De la même façon, on peut voir un cheval courir dans les nuages, ou le visage du Christ dans un toast... Le constat est le même : le système visuel et en particulier la perception qui en découlent non seulement interprète les images, mais surtout, il ne peut pas faire autrement que de générer une interprétation à partir d’images, et comme on vient de le voir même si elles ne font pas a priori sens. Dans ce genre d’illusion, on se rapproche donc d’une hallucination, qui peut être définie comme une perception sans objet.

Etienne Rey - Trames

Pour résumer, les illusions visuelles, en plus de leur côté ludique ou artistique comme dans cette œuvre d'Etienne Rey, nous révèlent des caractéristiques essentielles de notre perception visuelle tant sur leurs caractéristiques universelles que sur les variabilités inter et intra individuelles.

Malgré la diversité des formes des illusions visuelles et la diversité des explications qu’on peut leur faire correspondre, existe-t-il des points communs qui permettraient d’en avoir une compréhension unifiée ? Quelles pourraient être les liens profonds entre illusions visuelles avec des hallucinations aussi bien chez les sujets neuro-typique que dans des pathologies psychologiques?

# CERVEAU
#
# >  ouchi illusion - # “Ouchi Illusion” (Ouchi 1977, Spillmann et al 1986) | Optical illusions, Optical illusion photos, Illusions
# >  ou
#
# > trames https://laurentperrinet.github.io/post/2018-04-10_trames/
# > mouvement des yeux
#

Pour aller plus loin dans cette direction étudions une illusion particulièrement simple mais qui est essentiel car elle est à la base du cinéma.

Celle-ci consiste simplement à montrer des images statiques dans une succession rapide à fin de générer une illusion de mouvement.

[Play] : La façon la plus simple de le faire et le faire avec un seul point: c'est ce que l'on va voir maintenant dans cette courte vidéo. Pour cela on montre un point à une position de l’espace visuel puis un autre point exactement similaire mais à une distance proche (mais supérieure à la taille de ce point). On perçoit alors un et un seul point qui se déplace de la première à la seconde position. La magie du cinéma opère : à partir de deux images statiques, on crée un mouvement.

CINEMA

tomatrope / "persistence rétinienne" https://en.wikipedia.org/wiki/Wagon-wheel_effect flash-lag effect

références

Flatland - Wikipedia

Oskar Fischinger - Wikipedia

VOYAGE AU PAYS DE LA QUATRIEME DIMENSION | Gaston de Pawloski, Leonard Sarluis | Second edition Flatland - Wikipedia

zootrope Pixilation - Wikipedia praxinotrope

cinematiscopes

Une neuro-anatomie fonctionnelle des illusions?

Chemla et al (2019) Journal of Neuroscience

Notre équipe a récemment étudié les corrélats neuronaux de cette illusion.

L’originalité de l’étude menée par Sandrine Chemla est d'utiliser une technique d’imagerie qui permet d’enregistrer l’activité sur le cortex visuel primaire lors de la présentation de cette illusion d’optique.
La figure montre dans l'axe des abscisses l'évolution temporelle est dans l'axe des ordonnées une représentation de l'espace suivant la trajectoire du point. Les couleurs chaudes indique une activité neuronale plus forte et montre ainsi que les activités neuronales suivent des vagues d'activité qui se propagent sur la surface du cortex.
Cette méthodologie permet de mettre en évidence un mécanisme original. Au niveau des enregistrements la réponse différentielle montre que relativement à un traitement indépendant des deux points, il existe une vague d’activité qui se déplace sur le cortex qui en particulier supprime la partie de l’activité dans la direction opposée.
Une modélisation sur ordinateur a permis de montrer qu'une fonction de cette vague de suppression est de lever les ambiguïtés sur les différents mouvements possibles représentés sur la carte. Dans ce cas particulier, la vague permet de supprimer la représentation d’un mouvement dans le sens opposé.
Toutefois, beaucoup de questions restent en suspens. Ces résultats montrent le rôle potentiel des vagues d’activité sur la surface du cortex comme un outil potentiel de traitement de l’information et de sa modulation [@tag:Muller18]. Ces vagues peuvent en effet induire facilitations ou suppressions dans l'espace et le temps et produire une forme de « calcul » pour représenter au mieux l’image visuelle.

Une neuro-anatomie fonctionnelle des illusions?

Jancke, Chavane, Naaman and Grinvald (2004) Nature

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Universalité des illusions visuelles

Une neuro-anatomie fonctionnelle des illusions?

Coute que coute, prédire le présent

Au moment de passer dans l’axe de vision du joueur de tennis, la balle va être perçue en retard sur la trajectoire à cause du délai sensoriel.

Plus précisément, on peut estimer que par raport à la posiition physique de la balle à l’instant où l’image est prise (disque jaune plein), celle qui atteint le système visuel primaire est placée à environ 45° d’angle visuel en retard sur la position réelle actuelle de la balle (disque jaune en pointillé).

Notons aussi que la position de la balle, dans cette représentation rétinienne, et au moment où l’action sera réalisé (après le délai sensorimoteur total) pourra être estimé à partir de la continuité du mouvement de la balle. C’est-à-dire que pour que cette position au temps présent soit anticipée il faut qu'elle soit estimée à environ 45° d’angle visuel mais cette fois ci en avant de la trajectoire, dans son futur.

À noter que la position de la balle est sur l’axe de vision (telle celle figurée par la position des yeux sur cette photo), mais que pour le système sensoriel, une position intermédiaire au temps présent entre passé et futur... Il semble incroyable que ce genre de voyage dans le temps puisse s’opérer dans notre cerveau, mais une simple illusion visuelle permet de mettre ces mécanismes en évidence.

En effet, l’illusion du flash retardé ("Flash Lag Effect" en anglais) permet de mettre en évidence des dynamiques de traitement dans le système visuel.

Dans cette illusion, l’observateur doit fixer environ au centre de l’écran. Une cible en mouvement horizontal apparaît et quand elle passe aux environs du centre de l’écran, un bref flash est présenté immédiatement au-dessous du centre de l'image.

Comme précédemment, je vais demander votre participation active. Je vais vous demander de regarder alternativement le film de gauche puis le film de droite. À vous de me dire dans lequel des deux films le point en mouvement apparaît le plus en adéquation avec la position à la verticale du point flashé, au moment ou celui-ci apparait. Ce n'est pas facile...

Khoei, Masson and LP (2017) PLoS CB

Changizi et al (2008) Cognitive Science

Plus généralement on peut en déduire qu'une fonction majeure du système visuel est de pouvoir représenter efficacemment le monde physique à partir d'informations potentiellement bruitées, retardées ou ambiguës. Par exemple on peut expliquer de nombreuses illusions visuelles comme celle de Hering à partir de la simple hypothèse que le système visuel anticipe la scène pour "prédire le présent".

Par exemple, dans l'illusion de Hering les lignes parallèles placés dans un contexte qui évoque un point de fuite et donc une profondeur.

Ceci induits que l'on a un mouvement en avant et donc que notre regard va passer dans ses lignes à travers ces lignes parallèles placées dans un plan frontaux parallèle sur l'axe de visée.

La compensation pour le retard qui va être d'autant plus fort que les lignes sont proches, c'est à dire dans l'axe vertical. on explique ainsi quantitativement cette illusion...

https://fr.wikipedia.org/wiki/Mark_Changizi Percevoir le présent

Changizi propose d'expliquer les illusions visuelles avec le décalage entre le moment où la lumière frappe la rétine et celui où le cerveau traduit le signal en une perception visuelle du monde. Ce délai met environ un dixième de seconde.

Changizi affirme que le système visuel humain a évolué pour compenser les retards de neurones en générant des images de ce qui se produira un dixième de seconde dans l'avenir. Cette clairvoyance permet aux humains de réagir à des événements au moment présent, d'accomplir des actes réfléchis comme attraper un ballon et de manœuvrer en douceur à travers une foule1.

https://www.ted.com/talks/markchangiziwhydoweseeillusions

Changizi et al (2008) Cognitive Science

Par exemple, dans l'illusion de Hering les lignes parallèles placés dans un contexte qui évoque un point de fuite et donc une profondeur.

Ceci induits que l'on a un mouvement en avant et donc que notre regard va passer dans ses lignes à travers ces lignes parallèles placées dans un plan frontaux parallèle sur l'axe de visée.

La compensation pour le retard qui va être d'autant plus fort que les lignes sont proches, c'est à dire dans l'axe vertical. on explique ainsi quantitativement cette illusion...

https://fr.wikipedia.org/wiki/Mark_Changizi Percevoir le présent

https://www.ted.com/talks/markchangiziwhydoweseeillusions

Des illusions aux hallucinations visuelles:
une porte sur la perception

Laurent Perrinet

Neurocercle : Découvrir les neurosciences à Grenoble, 12/1/2022

https://laurentperrinet.github.io/talk/2022-01-12-neuro-cercle

Des illusions aux hallucinations visuelles: une porte sur la perception

Laurent Perrinet

Neurocercle : Découvrir les neurosciences à Grenoble, 12/1/2022

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Universalité des illusions visuelles

Une neuro-anatomie fonctionnelle des illusions?

Coute que coute, prédire le présent

Paréidolie

Une neuro-anatomie fonctionnelle des illusions?

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Coute que coute, prédire le présent

Des illusions aux hallucinations visuelles: une porte sur la perception

Laurent Perrinet

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Des illusions aux hallucinations visuelles:
une porte sur la perception

Des illusions aux hallucinations visuelles:
une porte sur la perception