Un monde dans notre tête - Palais de la découverte

24© E. Bastid.Perception,constructionmentale de la réalitéUn mondedans notre têteANNE HERVÉ-MINVIELLE, MARIE CANARD,SOPHIE BARRÉ-NEUVILLE et TANGUY SCHINDLERMédiateurs scientifiques au Palais de la découverte

D É C O U V E R T E N ° 3 4 1 O C T O B R E 2 0 0 625Longtemps les philosophes ontsouscrit au mythe selon lequel« le monde s'offre aux sens »,c'est-à-dire que la perceptiondu monde ne serait qu'un actesimple qui fournit un accès immédiatau réel. Aujourd'hui, les scientifiquesont montré qu'il ne suffit pas d'ouvrirles yeux pour que « toute la richessedu monde se dévoile miraculeusement». Percevoir ne se réduit pas àun simple examen du monde : la perceptionest un ensemble de processusactifs complexes que l'on connaîtde mieux en mieux. Faisons un pointsur les étapes clés et quelques messagesimportants !Percevoir ce n'est pas voir, ce n'est pasentendre, ce n'est pas sentir… Percevoir, c'esttout cela à la fois. Mais percevoir, c'est aussiimaginer, sélectionner et faire des tris, donnerla priorité à certaines informations et donnerun poids moindre à d'autres…En permanence, le cerveau reçoit de multiplesinformations fragmentées, provenantde récepteurs spécifiques ou de terminaisonsnerveuses sensibles, sur l'état de notre mondeintérieur et du monde qui nous entoure.Comme assemblant les pièces d'un puzzle,le cerveau se construit, grâce à tous ces messages,une représentation unique.À tout moment, en une fraction de seconde,il faut évaluer une situation dans son contexte,il faut plonger dans notre mémoire et comparerla situation présente à nos expériencespassées pour l'analyser, en faire une interprétation,puis prendre des décisions et agir.Contrairement à ce que l'on pourrait imaginer,la perception n'est pas si facile à définir.Mais osons une définition : la perception correspondà l'ensemble des processus cérébrauxqui, à partir d'entrées sensorielles et de leurtraitement, permet à l'organisme qui perçoitde connaître le monde qui l'entoure et d'enconstruire une représentation.La perception est multisensorielle : elleintègre les informations de tous nos sens, qui,de plus, s'influencent les uns les autres. Laperception est indissociable de notre expérience,de notre vécu, de notre mémoire.Percevoir, c'est aussi se souvenir, comparer cequi nous arrive à ce que nous avons déjà vécu.Pour certains spécialistes du domaine, dontl'un des plus célèbres Alain Berthoz, (vouspourrez lire un entretien avec lui dans ce dossier),la perception est également indissociablede l'action. Pour lui, percevoir, c'est déjà agir.Percevoir, c'est aussi anticiper, prédire le futurproche en vue de planifier nos actes.Que sait-on aujourd'hui de tous ces processus? Quelles sont les étapes qui permettent deconstruire notre perception ?Les systèmes sensoriels,première étapevers la perceptionLes systèmes sensoriels sont la porte d'entréevers le cerveau. Ils sont responsables dela sensibilité individuelle qui varie d'un individuà l'autre. Le traitement de l'informationsensorielle commence au niveau des organesdes sens : chaque système va traiter unemodalité sensorielle différente selon unschéma général identique.Le premier acteur de la perception est le stimulus,c'est-à-dire le déclencheur d'une excitation.Un stimulus possède des paramètresphysiques propres, caractéristiques qui vontstructurer la perception. Nous distinguons lesstimuli internes, qui proviennent de l'intérieurdu corps, des stimuli externes, qui proviennentdu monde extérieur dans lequel nousvivons.Le stimulus va modifier l'activité d'unorgane sensoriel interne ou externe. C'est cedernier qui, grâce à des cellules réceptricesspécifiques, va capter et transmettre l'informationrecueillie à différents centres nerveuxqui, ensuite, traiteront les messages reçus.

26D É C O U V E R T E N ° 3 4 1 O C T O B R E 2 0 0 6Il existe plusieurs façons de classer les sens.Par exemple, le classement peut reposer sur lanature du stimulus et le type de récepteurs stimulés.Dans les organes des sens se trouventdes récepteurs spécifiques qui vont convertir ettraduire l'énergie des stimuli en signaux électriques(c'est le phénomène de transduction, sereporter à l'encadré du même nom). Si l'onconsidère la nature du récepteur qui capte uneforme d'énergie spécifique, on peut alors identifierquatre voire cinq types de récepteurs.Les photorécepteurs sont sensibles à lalumière : ce sont les cônes et les bâtonnetssitués dans la rétine.Les mécanorécepteurs sont sensibles à desdéformations mécaniques : ce sont les récepteursde la peau, les récepteurs musculaires,les récepteurs de l'oreille interne, aussi bienpour le système auditif que pour le systèmevestibulaire.Les thermorécepteurs sont sensibles au froidet/ou au chaud : on trouve des thermorécepteursexternes dans la peau, d'autres internes,au cœur du cerveau dans l'hypothalamus(système qui régule la température corporelle).Les chémorécepteurs sont des récepteurschimiques qui sont responsables de l'olfactionet de la gustation pour les récepteurs externes,alors que des chémorécepteurs internes permettentl'homéostasie (maintien de l'équilibreinterne du corps) et la régulation de l'équilibrechimique de différents paramètres physiologiques(les barorécepteurs).Enfin, un peu en marge de la perception, lesnocicepteurs sont responsables des sensationsdouloureuses ; ils sont situés dans différentstissus du corps et constituent un systèmed'alarme en cas de souffrance cellulaire : ilsréagissent à des lésions, à de très fortes pressions,à des températures extrêmes ou à dessubstances chimiques.Mais la sensorialité et les sensations perçues© E. Bastid.Le phénomène de transductionLa fonction des cellules réceptrices estde transformer l'énergie du stimulus enmessage bio-électrique. Ainsi, tous cesrécepteurs sont responsables d'un phénomènetrès spécifique : la transductionsensorielle. C'est le processus par lequelles récepteurs sensoriels convertissent,grâce à une cascade d'événements intracellulaires,l'énergie des stimuli (lumière,son, odeur…) en signaux électriques.Ceux-là seront véhiculés par les nerfsjusqu'au cerveau et ils seront la sourcede nos sensations puis des étatsconscients des stimuli, qu'ils proviennentde récepteurs internes ou externes.peuvent aussi être les critères sur lesquelsrepose le classement des sens. On opposealors parfois les systèmes sensoriels qui traitentl'information provenant du monde extérieur(vision, audition, olfaction, gustation) àceux qui traitent des sensations provenant ducorps (extéroception = sensibilité cutanée ;proprioception = sensibilité musculaire et articulaire; interoception = sensibilité desviscères). À ces trois sens internes regroupéssous le terme de somesthésie, vient égalements'ajouter la perception vestibulaire (se reporterà l'entretien avec Alain Berthoz) qui nous permetde connaître la position, l'orientation, lesmouvements et les accélérations de notre tête.Quelle que soit la classification utilisée,nous sommes bien loin des cinq sens que nous

D É C O U V E R T E N ° 3 4 1 O C T O B R E 2 0 0 627TABLEAU.Résumé des différents sens et des paramètres associés.avons appris à l'école !Le codage des informationsLes informations portées par les stimuli vontêtre codées selon des dimensions complémentairesqui répondent chacune à une questionspécifique.Un type de récepteurs donné prend encharge un type d'énergie : on parle alors ducodage de la qualité qui sera la cause de tel outel type d'impression sensitive. Il répond à laquestion « quoi ? » (tableau ci-dessus).Le codage de l'intensité de la stimulation estun paramètre important : il permet de déterminerla quantité d'énergie reçue par le récepteur,responsable de l'intensité de la sensation.Il répond à la question « combien ? ».Il est souvent nécessaire de localiser la sourcede la stimulation. C'est le codage de la dimensionspatiale qui répond à la question « où ? ».Enfin, il faut situer dans le temps la stimulation,en connaître le début et la fin mais aussipouvoir connaître les changements de sensibilitédu stimulus au cours du temps. Ce codagetemporel répond à la question « quand ? ».

28D É C O U V E R T E N ° 3 4 1 O C T O B R E 2 0 0 6Lorsqu'une stimulation est maintenue dansle temps, les récepteurs présentent généralementune perte progressive de sensibilité :c'est un processus d'adaptation qui permet dene pas encombrer inutilement le systèmelorsque les messages ne sont pas significatifs.En ce qui concerne le codage de la qualité,il existe au niveau de certains sens unedécomposition de ce codage en différentesmodalités. C'est le cas de la vision, systèmele plus complexe qui prédomine dans notreperception (c'est grâce à la vision quel'Homme acquiert l'essentiel de ce qu'il saitdu monde qui l'entoure).Le système sensoriel visuel découpe unescène en objets individuels et décomposechaque objet selon une foule de caractéristiquesqui conduiront à l'élaboration d'informationsparallèles. Ces caractéristiques sontLe phénomèned’inhibition latéraleDès le premier niveau de traitementpar les systèmes sensoriels, il existeun pouvoir de discrimination juste aprèsles récepteurs sensoriels. En effet,les récepteurs sensoriels ne sont pasindépendants : ils sont connectés entreeux et s'influencent les uns les autres.Cette influence permet d'accroître lasensibilité aux contrastes : l'informationprovenant des récepteurs à la périphéried'un site de stimulationest inhibée alors que l'information provenantdu centre du site de stimulationest augmentée.C'est ce que l'on appelle le phénomèned'inhibition latérale. Ce phénomènese produit tout au long du traitementdes informations sensorielles, jusqu'auniveau cortical le plus élevé.la forme, les contours, la texture, la taille,l'orientation, la luminance, la couleur, la positionspatiale et le mouvement.Ainsi, les systèmes sensoriels rendent lemonde physique accessible à la pensée. Pourcela, les récepteurs sensoriels divisent la réalitédu monde selon les différents sens maisaussi en diverses modalités sensorielles. Ilsfournissent à des milliards de neurones localisésdans différentes zones du cerveau desinformations variées.De l'organe récepteurau cerveauVoies et traitementsdes informations sensoriellesLes différentes modalités sont traduites auniveau des organes des sens en influx nerveuxet ces messages sont transmis via des nerfs àde nombreuses aires spécifiques du cerveau.Le long de ce trajet, ces informations sensoriellessont intégrées à différents niveaux et secomplexifient au fur et à mesure. Dès la sortiedes organes récepteurs, il existe un traitementélaboré du signal (phénomène d'inhibitionlatérale, se reporter à l'encadré du même nom).De l'organe récepteur, les informationsgagnent un premier relais, le thalamus, sortede « gare de triage neurosensorielle ». Lesinformations nerveuses sont ensuite envoyéessur des zones du cortex (cortex primaire) quisont spécifiques du type de message. Ainsi, lesinformations en provenance des yeux arriventau niveau du cortex visuel primaire situé auniveau occipital, les informations auditives seprojettent au niveau du cortex auditif primairesitué dans le lobe temporal, les informationsprovenant du corps convergent au niveau ducortex somesthésique localisé au niveau dulobe pariétal, à la limite pariéto-frontal…Le cortex sensoriel primaire est donc unsystème diffus qui se compose de nombreusesaires cérébrales distinctes spécialisées dans letraitement des différentes modalités senso-

D É C O U V E R T E N ° 3 4 1 O C T O B R E 2 0 0 629FIGURE 1Illustration des différentes aires corticales.En vert sont représentées les zones du cortex sensoriel primaire, en rouge le cortex moteuret en violet le cortex associatif.Caché dans un repli, le cortex olfactif situé dans la zone insulaire n'est pas visible sur cette vue.Source : Neurosciences - À la découverte du cerveau (Neuroscience - Exploring the brain), Mark F. Bear,Barry W. Connors, Michael A. Paradiso, 2 e édition (éditions Pradel/Wolters Kluwer France,Rueil-Malmaison, 2002, pour la traduction française ; éditions Lippincott Williams and Wilkins, Baltimore,2001, pour l'édition originale américaine). Adaptation de l’illustration : E. Bastid.rielles (fig. 1).De plus, selon les sens, les messages sontdécomposés en un plus ou moins grandnombre de caractéristiques : cela va du plussimple, comme dans le système olfactif oùseuls le type d'odeur et son intensité sontcodés, au plus complexe, la vision, où sontcodées de nombreuses modalités (forme, couleur,mouvement…). Cela conduit à l'existencede voies sensorielles parallèles plus ou moinsnombreuses qui traitent conjointement lesdifférentes caractéristiques de l'objet perçu.Mais voir un objet, ce n'est pas avoirconscience de toutes ses caractéristiques individuelles,c'est se les représenter simultanémentet les lier correctement entre elles. C'està l'étape suivante, au niveau des neurones descortex sensoriels secondaires, que les informationsdes différentes modalités d'un mêmesens convergent pour recréer une image multimodaleconstruite. Ainsi, le cortex visuelsecondaire intègre l'ensemble des caractéristiques: forme, couleur, taille… pour formerun objet visuel cohérent.Ensuite, tous ces messages vont alimenterd'autres aires du cerveau, notamment les cortexassociatifs. Y sont intégrées les informationsprovenant de tous les sens, pour créerune représentation multisensorielle (fig. 2).Perception, fonction sous influenceNotre perception est influencée par lecontexte extérieur, la situation dans laquellenous nous trouvons lorsque nous vivons unévénement, mais aussi par le « contexte

30D É C O U V E R T E N ° 3 4 1 O C T O B R E 2 0 0 6C'est seulement à ce niveau d'intégrationqu'apparaît une perception uniqueconsciente.Que sait-on sur le supportbiologique à l'originede l'expression conscientede la perception ?FIGURE 2Schéma des étapes de la perception,depuis le stimulus jusqu'à la représentation mentale.interne » qui dépend de facteurs comme l'étatphysiologique du corps, l'état de vigilance oul'état émotionnel…Ainsi, d'autres structures encore, parexemple celles impliquées dans l'éveil et l'attention,de même que les zones limbiquesimpliquées dans les émotions et la mémoireinterviennent dans la construction de la perceptionconsciente. À tout moment, lesystème nerveux traite puis interprète lessignaux provenant des organes des sens entenant compte de tous ces états pour en extrairedes informations qui seront alorsconfrontées avec les données en mémoire.Au niveau cellulaire, on peut voir la perceptioncomme la résultante d'un travail d'interprétationqui naît de la coopération demilliards de neurones situés dans différenteszones cérébrales dont chacune remplit unefonction spécifique.Les scientifiques s'accordent aujourd'hui àdire que le lien entre tous les attributs d'unmême objet ainsi que la cohérence d'unesituation perceptive résulteraient d'une synchronisationdu rythme de décharge desneurones situés dans les différentes airescérébrales (plus ou moins éloignées) impliquéesdans le même traitement perceptif.De plus, certains formulent l'hypothèseselon laquelle notre perception personnelleconsciente émergerait de cette coactivationsynchrone couplée avec la mise en réseau ducortex frontal (zone responsable, entreautres, de la prise de décision, du raisonnementet de la pensée abstraite).Mais là s'arrêtent les connaissances scientifiquesactuelles. Les chercheurs s'emploientencore aujourd'hui à aller plus loin dans la compréhensiondes mécanismes qui sous-tendent laperception consciente subjective.Un cerveaupour donner du sens aux sensLes êtres vivants ont toujours eu besoin dereconnaître à tout instant les obstacles, les dangers,les proies, les partenaires ou la nourriture

D É C O U V E R T E N ° 3 4 1 O C T O B R E 2 0 0 631© E. Bastid.Percevoir la beautédu monde n'est en faitqu'une successionde mécanismes purementélectriques et chimiques.Hallucinant, non ?qu'ils doivent éviter ou atteindre. Ainsi, lessystèmes perceptifs ont été sélectionnés parl'évolution, puis se sont complexifiés au fil dessiècles et des millénaires.Les systèmes perceptifs humains sont sisophistiqués et complexes, qu'il n'est pas possibled'intégrer à chaque instant en temps réell'ensemble des informations sensorielles quiproviennent de notre environnement et desévénements qui s'y déroulent.Pour pallier cette impossibilité, dessystèmes de filtrage et de simplification sesont mis en place au hasard de l'évolution etont été conservés lors de la sélection naturelle.On l'aura compris, le fonctionnement de laperception ne se réduit donc pas à un simpleexamen des données sensorielles, mais relèvede processus séquentiels actifs qui reposentsur la mise en place d'un certain nombre demécanismes biologiques.Au regard des données scientifiques expérimentales,les chercheurs en sciences cognitivesont défini quelques principes surlesquels repose la perception humaine.La perception est rendue possible grâce à uncâblage neuronal qui se met en place lors dudéveloppement embryonnaire. Le cerveaupeut avoir très tôt une première perception dumonde à partir d'un ensemble de schémasconceptuels prédéfinis (schèmes innés). Cesstructures seront ensuite à la base de schèmesqui découleront d'un apprentissage et quiviendront enrichir la préperception innée.Le cerveau humain possède donc desmodèles internes du monde et du corps quicorrespondent à une sorte de bibliothèque dereprésentations, bibliothèque remplie parl'expérience individuelle tout au long de lavie. Ainsi, percevoir est aussi le résultat d'unapprentissage : le cerveau stocke les informations,les interprète et s'en sert pour agir efficacementet de façon appropriée.Le cerveau procède également en permanenceà une sélection parmi les informationssensorielles qu'il reçoit. Le cerveau peut faireconfiance à tel ou tel sens, à telle ou tellemodalité selon la situation et selon son intentiond'action. En d'autres termes, percevoir,c'est également faire des choix, sélectionnerune interprétation plutôt qu'une autre.Percevoir, c'est encore réduire les ambiguïtéset lever les indéterminations véhiculées parles informations provenant du monde.Plus encore, grâce à ses modèles internes, lecerveau est capable de construire des hypothèses.En simulant le monde dans sa tête, lecerveau peut, à partir d'un petit nombre d'informationsqui lui servent d'amorces sensorielles,compléter les éléments manquant deces indices perceptifs et reconstruire un tout.Pour vérifier ses hypothèses, le cerveau lesconfronte à la réalité. Il crée ainsi une perceptioninterprétative qui lui permet de prédire etanticiper une réponse comportementaleadaptée à la situation.C'est l'ensemble de ces processus quiconduira à notre perception, c'est-à-dire à êtreconscient d'un objet, d'un événement, d'unesituation. Grâce à tous ces mécanismes, lecerveau a la capacité de projeter sur le mondeses propres préperceptions construites à partir

32D É C O U V E R T E N ° 3 4 1 O C T O B R E 2 0 0 6de structures internes du cerveau. On pourraitdire, en quelque sorte, que le cerveau imposeau monde sa propre interprétation.Le pouvoir projectif du cerveau fait qu'iln'assemble pas seulement les données dumonde mais qu'il construit le monde sensibleen fonction de ses projets. Donc percevoir,c'est déjà s'engager dans un processus de décision,c'est déjà prendre une direction plutôtqu'une autre.À chacun sa perceptionLa perception est le produit final d'un acte deconstruction complexe qui reflète la réalitémais qui n'est pas la réalité.En effet, d'une part la perception se construità partir d'un grand nombre d'éléments, deparamètres à partir desquels les systèmes etles mécanismes cérébraux permettent de faireémerger une unité perceptive. Mais d'autrepart, la perception reconstruit dans notre cerveauune sorte de monde modélisé ou unmodèle de la réalité.Le monde dans lequel nous vivons est tellementriche qu'il serait impossible de traitertoutes les informations qu'il contient. Ainsi,l'évolution a permis de faire en sorte que lessystèmes perceptifs puissent effectuer des triset des sélections qui dépendent de nosbesoins, de nos désirs et de nos objectifs maisaussi de nos expériences passées.Dans la grande majorité des cas, l'interprétationque nous faisons du monde est remarquablementfidèle, reproductible, stable etsuffisamment exacte pour nous permettred'avoir une représentation pertinente de notreenvironnement. Mais parfois, ce que nous percevonsne correspond pas à ce qui est physiquementprésent dans le monde, et n'est pas lereflet véridique d'une situation. Ce sont cessituations que l'on regroupe sous le termed'illusions et que l'on qualifie souvent d'erreursdes sens. En fait, rien ne nous trompe, nile cerveau ni nos sens ; nos systèmes perceptifssont induits en erreur par le réel.Percevoir, c'est aussi prédire le futur proche,en tout cas faire des prédictions sur le déroulementet la suite des événements que l'onperçoit à un instant donné. Cela est indispensablepour planifier nos actions. Car il fautgarder à l'esprit que la perception est au servicede l'action et que la relation entre perceptionet action est à l'origine des fonctionscognitives les plus complexes du cerveau.Et si notre cerveau nous permet uniquementd'avoir accès à un point de vue restreint sur lemonde, n'oublions jamais que la confrontationde nos représentations personnelles nous enrichitles uns les autres. C'est d'ailleurs souventà partir de cette confrontation de points devue différents que naissent les découvertesscientifiques.Ainsi, c'est la perception de chacun qui faitla richesse du monde humain.A. H.-M., M. C., S. B.-N. et T. S.L'équipe de biologistes qui a participé àl'élaboration des messages scientifiquesde l'exposition est composée de médiateursscientifiques du Palaisde la découverte.Pour aller plus loin dans l'explicationscientifique concernant la perception etles illusions, nous vous invitons à venirassister à l'un des nombreux exposésprésentés chaque jour au Palais de ladécouverte.