On ne voit que ce que l’on regarde

1. “On ne voit que ce
que l’on regarde”
Nicolas Rougier

4. Qu’est ce que l’attention ?
Everyone knows what attention is. It is the possession by the mind, in clear and vivid
form, of one out of what seem several simultaneously possible objects or trains of
thought. Focalization, concentration, of consciousness are of its essence. It implies
withdrawal from some things in order to deal effectively with others, …
William James, Principles of Psychology, 1890

5. Le système visuel
La rétine est le point d’entrée des
informations visuelles.
C’est un récepteur complexe qui
fournit énormément d’informations
sur le monde extérieur.
Le cerveau ne peut pas traiter
toute l’information et des choix
doivent être donc fait sur ce qui
est prioritaire ou pertinent.
Mais comment ?

6. Modéliser le cerveau
Pour l’émuler
→ nouveaux algorithmes
(e.g. Google & deep learning)
Pour le soigner
→ nouvelles thérapies
(e.g. stimulation profonde)
Pour le comprendre
→ nouvelles connaissances
(e.g. attention visuelle)

7. Le cerveau humain
Le cerveau humain possède 85
milliards de neurones.
Chaque neurone est connecté en
moyenne a 10 000 autres.
1mm3 de cortex comprend 1
milliard de connexions.

8. Neurones biologiques
Un neurone est une cellule
excitable capable de recevoir et de
transmettre de l’information.
Les neurones sont connectés
entre eux et forment des réseaux.
L’efficacité des connexions évolue
avec l’apprentissage.

9. Différents modèles
On va modéliser le cerveau
différemment selon les buts de la
recherche :
• Modèles connexionistes pour les
performances
• Modèles biophysiques pour la
simulation
• Modèles fonctionnels pour le
comportement

10. Construire des modèles
Matériel de base
• Anatomie et physiologie
• Expérimentation & Enregistrements
• Pathologies & lésions
Hypothèses de travail
• Simplifications extrêmes
• Calculs parallèles et distribués
• Dynamique et apprentissage
Validation
• Prédictions
• Explications

11. Les voies visuelles
La voie ventrale
• La voie du “quoi”
• Formes, couleurs, objets
La voie dorsale
• La voie du “où”
• Position, direction
La voie frontale
• La voie du “comment”
• Attention, saccades

12. Attention visuelle
L’attention visuelle est la
capacité à sélectionner une
sous-partie de l’espace visuel :
→ topologie
→ propriétés spécifiques
→ objet particulier
Elle peut être :
→ endogène / exogène
→ implicite / explicite

13. Salience visuelle
La salience indique l’importance
relative d’un stimulus en raison de
sa forme, couleur, mouvement,
texture, orientation, etc.
On fait l’hypothèse qu’une carte
de salience est calculée au sein du
cerveau.

14. Effet “Pop-out”
La salience des stimuli joue un rôle
important dans l’attention visuelle.
Certains stimuli vont pouvoir
biaiser les processus attentionels.
C’est un mécanisme d’alerte vis à
vis de dangers potentiels.

15. Construire un modèle de l’attention visuelle
Pour chercher à comprendre l’attention visuelle, on va construire un modèle
fonctionnel d’une partie du cerveau qui va pouvoir expliquer (en partie) les
mécanismes de l’attention visuelle.
On doit en premier définir une tâche visuelle à faire exécuter par le modèle.

16. Attention visuelle spatiale
Dans un premier temps, on cherche à comprendre comment l’attention peut
rester focalisée sur un stimulus sans se laisser distraire…

17. Calculs distribués, numériques et adaptatifs
Définition d’un cadre de calcul (DANA):
• Distribué
→ pas de superviseur
• Asynchrone
→ pas d’horloge centrale
• Numérique
→ pas de symbole
• Adaptatif
→ apprendre quelque chose
On s’assure ainsi que les propriétés du modèle sont bien celles du modèle et
non celle du programme qui fait tourner le modèle.
Group Group
Unit
Link
Layer
Link
Value
Value
Value

18. Champ de neurone
La densité des neurones est telle que l’on peut considérer le cortex cérébral
comme un continuum où le potentiel de membrane en chaque point du
cortex est décrit par l’équation:
Par analogie avec les gaz, cela revient à s’intéresser à la température plutôt
qu’à l’agitation individuelle des molécules.
⌧
@u(x, t)
@t
= u(x, t) +
Z
⌦
w(x, y)f(u(y, t))dy + I(x, t) + h

19. Propriétés fonctionelles
Selon les paramètres de l’équation et les motifs de connexions, on peut
obtenir différentes solutions qui peuvent être interprétées d’un point de vue
fonctionnel :
On va donc utiliser ces propriétés dans le cadre de nos modélisations et faire
le lien avec l’attention visuelle.

20. Attention spatiale
Un modèle dynamique de suivi de
cibles qui tient compte :
• du bruit
• des distracteurs
• de la salience relative
La propriété de suivi est la
résultante des interactions entres
les différentes unités.
On parle alors d’émergence.

21. Oranges mécaniques
Le comportement est dicté par le
branchement avec la caméra.
Saliency
Input
Focus
C
om
petition
Camera

22. Inhibition de retour
L’inhibition de retour semble pouvoir inhiber des positions particulière de la scène
visuelle, empêchant ainsi l’attention de s’y poser.
Time

23. Le joueur de Bonto
On ajoute au modèle une mémoire de travail (cortex frontal) et un mécanisme
d’inhibition (ganglions de la base).
Bias/Gating
Saliency
Memory
Update
Focus
Input
Competition
Memorization

24. Saccades occulaires
Les yeux bougent en permanence,
même quand ils ne bougent pas.
Les saccades occulaires
permettent d’explorer une scène
visuelle dans son ensemble.
Mais la scène visuelle n’est pas
“reconstruite”, il n’y pas de théâtre
cartésien dans le cerveau.

25. Memorized
locations
Working
memory Anticipation
Saliency Focus
Switch
Current
memory
Prediction
Gating
Competition
Update Prepared
saccade
Spatial
inhibition
Spatial processing
Orientation
filters
Color filters
Feature maps
Spatial bias
Perceived
features
Target
Feature processing
Motor commands
SwitchMove
Feature based
attention
Spatial
attention
Un modèle d’attention sélective

26. Le modèle est capable d’explorer une scène visuelle à la recherche d’une cible
précise, en utilisant l’attention explicite (saccades) ou implicite.
Un modèle d’attention sélective
Time

27. Conclusion
La vision est une grande illusion. Nous avons seulement un accès
restreint au monde visuel via les phénomènes attentionels.
Une partie de l’attention visuelle peut s’expliquer en termes de
dynamique et de flux d’information.
Il n’y a pas d’ordonnanceur. L’attention visuelle émerge de l’interaction
des différentes structures cérébrales.
Mais ce n’est que le début de l’histoire car il faut prendre en compte la
mémoire, les émotions, la motivation, le corps, etc.

28. Bibliographie
• L’Oeil et l’Esprit
Maurice Merleau-Ponty, 1970, Editions Gallimard.
• Le cerveau à tous les niveaux, McGill University
http://lecerveau.mcgill.ca
• L’homme qui prenait sa femme pour un chapeau
Oliver Sacks, 1992, Editions du Seuil.