Les neuroscientifiques repensent la façon dont le cerveau reconnaît les visages

Les gens peuvent choisir un visage familier dans une foule sans trop y penser. Mais comment le cerveau fait réellement cela a échappé aux chercheurs pendant des années. Maintenant, une étude montre que les singes macaques rhésus s’appuient sur la coordination d’un groupe de centaines de neurones qui prêtent attention à certains ensembles de caractéristiques physiques pour reconnaître un visage.

Les résultats, publiés le 1er juin dans Cell1, clarifient une question qui a fait l’objet de multiples théories mais pas d’explications satisfaisantes.

« La véritable vision caricaturale a été que les cellules individuelles sont dédiées à répondre à des personnes individuelles », explique David Leopold, neuroscientifique à l’Institut national américain de la santé mentale à Bethesda, Maryland. Mais d’autres théories suggéraient que des groupes de neurones travaillaient de concert pour reconnaître un visage.

Les derniers résultats montrent que chaque neurone associé à la reconnaissance faciale, appelé cellule faciale, prête attention à des combinaisons classées spécifiques de caractéristiques faciales. « Nous avons déchiffré le code », déclare Doris Tsao, coauteur de l’étude, neuroscientifique des systèmes à l’Institut de technologie de Californie (Caltech) à Pasadena.

Un bond en avant

Pour commencer, Tsao et Le Chang, neuroscientifique également à Caltech, ont étudié le cerveau de deux macaques rhésus (Macaca mulatta) pour déterminer l’emplacement des cellules faciales des animaux. Ils ont montré aux singes des images de visages humains ou d’autres objets, notamment des corps, des fruits et des motifs aléatoires. Ils ont ensuite utilisé l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle pour voir quelles régions du cerveau s’allumaient lorsque les animaux voyaient un visage.

L’équipe s’est concentrée sur ces points chauds pour voir ce que faisaient les cellules du visage. Tsao et Chang ont utilisé un ensemble de 2 000 visages humains présentant des caractéristiques variables, telles que la distance entre les yeux ou la forme de la ligne des cheveux, pour que les singes puissent les voir. Les neuroscientifiques ont ensuite implanté des électrodes dans le cerveau des macaques pour comparer les réponses des neurones individuels aux différences faciales.

Tsao et Chang ont enregistré les réponses de 205 neurones au total entre les deux singes. Chaque neurone a répondu à une combinaison spécifique de certains des paramètres faciaux.

« Ils ont développé un modèle qui va d’une image sur un écran d’ordinateur aux réponses des neurones tout en bas dans le cortex visuel », dit Greg Horwitz, un neurophysiologiste visuel à l’Université de Washington à Seattle. « Cela fait un énorme pas en avant », dit-il, parce que le modèle cartographie la façon dont chaque cellule répond à toutes les combinaisons possibles de caractéristiques faciales, au lieu d’une seule.

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Tsao et Chang se sont demandés si, dans la combinaison spécifique de caractéristiques qu’une cellule faciale reconnaissait, chaque neurone était mieux accordé à certaines caractéristiques qu’à d’autres. Ils ont testé cette idée en essayant de recréer les visages montrés aux singes, sur la base de la réponse de chaque neurone à sa distribution de caractéristiques. En se basant sur la force de ces signaux, les neuroscientifiques ont pu recréer les vrais visages presque parfaitement.

Lorsque les singes voyaient des visages qui variaient selon des caractéristiques dont un neurone ne se souciait pas, la réponse de la cellule faciale individuelle restait inchangée.

En d’autres termes, « le neurone n’est pas un détecteur de visage, c’est un analyseur de visage », dit Leopold. Le cerveau « est capable de réaliser qu’il existe des dimensions clés qui permettent de dire que ceci est la personne A et ceci est la personne B. »

Les cerveaux humains utilisent probablement ce code pour reconnaître ou imaginer des visages spécifiques, dit Tsao. Mais les scientifiques ne savent toujours pas comment tout est lié.

Un message est clair pour les neuroscientifiques. « Si leur inclination est de penser : ‘Nous savons comment les visages sont reconnus parce qu’il y a un petit nombre de cellules faciales qui chantent fort quand le bon visage est vu’, je pense que cette notion devrait progressivement disparaître, car elle n’est pas juste », dit Leopold. « Cette étude présente une alternative plus réaliste à la façon dont le cerveau va et analyse réellement les individus. »