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Spatial configurations processing in the visual cortex of non-human primate
No full textLe traitement des configurations spatiales est un mécanisme qui intervient en permanence au sein du cortex visuel. Dans ce monde emplit de régularités qui est le nôtre, il tient une place prépondérante dans l'analyse des objets de notre environnement en nous permettant d'établir des relations spatiales entre des ensembles d'éléments pour aboutir à une perception globale. Si certaines caractéristiques de ces mécanismes ont été étudiés chez les primate humain et non-humain, les observations issues de ces études ont été majoritairement portées par des approches différentes dont les méthodes non-invasives en neuroimagerie sont privilégiées chez l'humain et les méthodes plus invasives tel que l'électrophysiologie sont favorisées chez le singe. Bien qu'elles soient un support critique dans la compréhension des mécanismes neuronaux, les connaissances issues d'enregistrements unitaires chez le singe ne peuvent être transposées à l'humain qu'une fois l'identification d'homologies et de différences fonctionnelles établie à partir des mêmes approches expérimentales. Pour ce faire, nous proposons dans cette thèse de répondre aux besoins d'études comparatives entre les deux espèces dans le cadre du traitement visuel des configurations spatiales portant sur le traitement de la symétrie et le traitement configural des visages par une approche en IRMf. Une première étude menée en collaboration avec des chercheurs de l'Université de Stanford nous a permis d'étudier les réponses à des stimuli texturaux englobant des motifs de symétrie chez le macaque. Nous avons pu mettre en évidence (1) un réseau cortical de traitement de la symétrie par rotation similaire entre les primates humains et non-humains, (2) des réponses augmentant de manière paramétrique avec l'ordre de symétrie présenté (n rotations) (3) un réseau similaire de traitement de la symétrie par rotation et par réflexion chez le macaque (4) des réponses plus fortes pour des motifs symétriques à deux axes (horizontale et verticale) plutôt qu'un seul axe (horizontal). Nous avons ainsi observé que les réponses à la symétrie chez le macaque débutaient au-delà de V1, dans un réseau comprenant les aires V2, V3, V3A, V4 semblablement à l'humain mais également des réponses paramétriques à l'ordre de symétrie par rotation dans les aires V3, V4 et PITd tout comme reporté chez les sujets humains. En somme, l'ensemble de ces résultats ont mis en évidence le réseau cortical du traitement de la symétrie jusqu'alors jamais observé chez le macaque, supporté par des aires visuelles homologues à celles de l'humain. Ces résultats ouvrent de nouvelles pistes quant à la compréhension des mécanismes neuronaux unitaires par des approches plus invasives chez le singe, tout particulièrement dans l'aire V3 qui semble jouer un rôle important dans le traitement sophistiqué des paramètres de configurations spatiales. La secondé étude de ce projet de thèse visait à étudier les mécanismes de reconnaissance de l'identité faciale chez le singe à travers l'orientation configurale des visages porté par l'objectif de réaliser une comparaison inter-espèces du traitement holistique des visages. S'il est largement admis que l'humain est un expert de l'identification des visages dont les mécanismes dépendent de l'orientation dans laquelle ils sont présentés, les résultats sont bien plus contradictoires chez le singe. Pour résoudre ces contradictions, nous avons mis en place un protocole innovant visant à mesurer l'effet d'inversion chez les deux espèces qui ne nécessitait ni entrainement ni tâche comportementale. Cette étude menée en collaboration avec B. Rossion demeure en cours d'acquisition. Néanmoins, les données pourraient fournir des preuves de mécanismes fonctionnels distincts entre celles-ci, appelant à une potentielle réévaluation de l'utilisation du macaque dans l'étude et la compréhension des processus de reconnaissance de l'identité faciale chez l'humain.The processing of spatial configurations is a mechanism that constantly intervenes within the visual cortex. In this world full of regularities that are ours, it holds a prominent place in the analysis of objects in our environment, allowing us to establish spatial relationships between sets of elements to reach a global perception. While characteristics of these mechanisms have been studied in human and non-human primates, the resulting observations depend on different methodologies. In human studies, non-invasive neuroimaging methods are privileged, while more invasive technics (i.e electrophysiology) are favored in monkeys. Despite being critical in understanding neuronal mechanisms, outcomes from unit recordings in monkeys can only be transposed to humans once the identification of functional homologies and differences are established from the same experimental approaches. Tn this thesis, we propose to meet the needs of comparative studies between the two species within the visual treatment of spatial configurations framework relating to the processing of symmetry and the configural processing of faces by an fMRI approach. A first study conducted in collaboration with researchers at Stanford University allows us to investigate the responses to textural stimuli encompassing patterns of symmetry in the macaque brain. The study demonstrates (1) a similar cortical rotational symmetry processing network between human and non-human primates (2) responses increasing parametrically with the order of symmetry presented (n rotations) (3) a similar network for processing of rotational and reflection symmetry in the macaque (4) stronger responses for symmetrical patterns with two axes (horizontal and vertical) rather than a single axis (horizontal). We also observe that the responses to symmetry in the macaque begin beyond V1, in a network comprising the areas V2, V3, V3A, V4 similar to humans but also parametric responses to the order of rotation in symmetry in areas V3, V4, and PITd as reported in human subjects. Overall, all of these results highlight the cortical network of symmetry processing never observed in macaques so far, supported by visual areas homologous to those of humans. These results open up new possibilities for the understanding of unitary neuronal mechanisms by more invasive approaches in monkeys, especially in the V3 area which seems to play an important role in the sophisticated processing of spatial configuration parameters. The second study of this thesis project aims to investigate the mechanisms of facial identity recognition in monkeys through the configural orientation of faces, and carry out an interspecies comparison of holistic facial processing. It is widely accepted that humans are experts at identifying faces whose mechanisms depend on the orientation in which they are presented. However, results are much more contradictory in the monkey. To resolve these contradictions, we implement an innovative protocol to measure the face inversion effect in the two species that require no training or behavioral tasks. This study, conducted in collaboration with B. Rossion, is still in progress. Nonetheless, the futur data could provide evidence of distinct functional mechanisms between human and non-human species, calling for a potential reassessment of the use of the macaque in the study and understanding of facial identity recognition processes in humans
Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
Full text linkThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
Variations on the Author
Full text link“Variations on the Author” discusses two of Eduardo Coutinho’s recent films (Um Dia na Vida, from 2010, and Últimas Conversas, posthumously released in 2015) and their contribution to the general question of documentary authorship. The director’s filmography is characterized by a consistent yet self-effacing form of authorial self-inscription: Coutinho often features as an interviewer that rather than express opinions propels discourses; an interviewer that is good at listening. This mode of self-inscription characterizes him as an author who is not expressive but who is nonetheless markedly present on the screen. In Um Dia na Vida, however, Coutinho is completely absent form the image, while Últimas Conversas, on the contrary, includes a confessional prologue that moves the director from the margins to the center of his films. This article examines the ways in which these works stand out in the filmography of a director who offers new insights into the notion of cinematic authorship
Appropriate Similarity Measures for Author Cocitation Analysis
Full text linkWe provide a number of new insights into the methodological discussion about author cocitation analysis. We first argue that the use of the Pearson correlation for measuring the similarity between authors’ cocitation profiles is not very satisfactory. We then discuss what kind of similarity measures may be used as an alternative to the Pearson correlation. We consider three similarity measures in particular. One is the well-known cosine. The other two similarity measures have not been used before in the bibliometric literature. Finally, we show by means of an example that our findings have a high practical relevance.information science;Pearson correlation;cosine;similarity measure;author cocitation analysis
Dispelling the Myths Behind First-author Citation Counts
Full text linkWe conducted a full-scale evaluative citation analysis study of scholars in the XML research field to explore just how different from each other author rankings resulting from different citation counting methods actually are, and to demonstrate the capability of emerging data and tools on the Web in supporting more realistic citation counting methods. Our results contest some common arguments for the continued
use of first-author citation counts in the evaluation of scholars, such as high correlations between author rankings by first-author citation counts and other citation
counting methods, and high costs of using more realistic citation counting methods that are not well-supported by the ISI databases. It is argued that increasingly available digital full text research papers make it possible for citation analysis studies to go beyond what the ISI databases have directly supported and to employ more
sophisticated methods
Processing of visual cues used during locomotion in macular degeneration patients
No full textLa dégénérescence maculaire liée à l'âge (DMLA) est la première cause de handicap visuel chez les personnes de plus de 50 ans. Incurable, elle entraîne une perte de la vision centrale qui oblige les patients à se reposer sur leur vision périphérique résiduelle, dont la résolution est bien plus faible, pour traiter leur environnement visuel. Dans ce contexte, le traitement des indices visuels impliqués dans la locomotion, appelés flux optique, est encore méconnu chez cette population clinique. En condition de vision normale, les patterns de mouvements qui composent le flux optique (translationnel, rotationnel et radial) sont traités conjointement par les visions centrale et périphérique (Habak et al., 2002). Dans le cadre de la DMLA, la vision centrale est perdue mais la surutilisation de la vision périphérique pourrait entraîner des réorganisations corticales permettant de compenser cette perte. Ces réorganisations ont notamment été observées sur des modèles animaux dans des aires impliquées dans le traitement du mouvement telles que MT/V5 (Shao et al., 2013), et ont même été corrélées à une amélioration de la capacité à discriminer du mouvement (Burnat et al., 2017). Chez les patients, les trois principales études comportementales ayant caractérisé la perception du mouvement présentent des résultats contradictoires (voir Tarita-Nistor et al., 2008 ; Shanidze et Verghese, 2019 et Eisenbarth et al., 2008). L'objectif principal de cette thèse est donc de comprendre comment évolue le traitement du flux optique chez les patients atteints de dégénérescence maculaire, d'un point de vue principalement comportemental mais aussi cortical. La première étude de cette thèse a permis d'évaluer la perception des trois composantes du flux optique chez des patients souffrant de DMLA ou de la maladie de Stargardt (dégénérescence maculaire juvénile) grâce à une tâche de discrimination de direction de mouvement. Nous avons pu mettre en évidence que les performances des patients étaient similaires à celles de contrôles appariés en âge et en genre. Egalement, une large variabilité interindividuelle a été trouvé chez les patients, notamment pour le pattern translationnel, et une corrélation négative entre leurs performances et la durée écoulée depuis leur diagnostic pourrait indiquer une diminution des performances après apparition de la maladie, suivie d'une amélioration au fil du temps, qui pourrait être sous-tendue par des réorganisations corticales. La seconde étude de cette thèse a permis d'aller explorer plus largement la perception du flux optique dans le cadre du vieillissement sain grâce à une tâche psychophysique similaire à celle utilisée chez les patients. Elle a permis de mettre en évidence que les trois patterns sont affectés différemment par l'âge : les performances sont similaires entre jeunes et âgés pour le pattern translationnel, meilleures chez les jeunes pour le pattern radial, mais à l'inverse meilleures chez les âgés pour le pattern rotationnel. Ces différents effets de l'âge soulignent des effets de l'âge hétérogène sur la perception des différents types de mouvement, et sont à prendre en compte lorsque l'on s'intéresse aux populations cliniques comprenant des personnes d'âge variées. Durant la dernière partie de ma thèse, j'ai également participé à la mise en place d'un projet multicentrique visant à évaluer les réorganisations corticales spontanées chez les patients souffrant d'une dégénérescence maculaire, mais aussi induites par un protocole d'apprentissage perceptif. Comprendre les mécanismes neuronaux à l'œuvre chez les patients est très important puisqu'une exploitation de réorganisations corticales pourrait permettre de restaurer une partie de leur vision grâce à la neuroplasticité en développant des stratégies de rééducation adaptées (Maniglia, et al., 2016, 2018), telle qu'une nouvelle solution thérapeutique basée sur de l'apprentissage perceptif comme celle que nous proposons ici.Age-related macular degeneration (AMD) is the leading cause of visual impairment in individuals over 50 years old. Incurable, it leads to a loss of central vision, forcing patients to rely on their residual peripheral vision, which has significantly lower resolution, to navigate their visual environment. Within this context, the treatment of visual cues involved in locomotion, known as optical flow, remains poorly understood in this clinical population. Under normal vision conditions, the motion patterns composing optical flow (translational, rotational, and radial) are processed collaboratively by central and peripheral vision (Habak et al., 2002). In the context of AMD, central vision is lost, but the overutilization of peripheral vision could lead to cortical reorganizations that compensate for this loss. Such reorganizations have been observed in animal models in areas involved in motion processing, such as MT/V5 (Shao et al., 2013), and have even been correlated with an improvement in the ability to discriminate motion (Burnat et al., 2017). In patients, the three main behavioral studies characterizing motion perception have presented contradictory results (see Tarita-Nistor et al., 2008; Shanidze and Verghese, 2019, and Eisenbarth et al., 2008). Therefore, the primary objective of this thesis is to understand how optical flow processing evolves in patients with macular degeneration, from both a behavioral and cortical perspective. The first study of this thesis aimed to evaluate the perception of the three components of optical flow in patients with AMD or Stargardt disease (juvenile macular degeneration) using a motion direction discrimination task. We were able to demonstrate that the patients' performances were similar to that of age- and gender-matched controls. Additionally, significant interindividual variability was found among the patients, particularly for the translational pattern. A negative correlation between their performance and the time since diagnosis could indicate a performance decline after disease onset, followed by improvement over time, potentially driven by cortical reorganizations. The second study of this thesis sought to explore optical flow perception more broadly in the context of healthy aging, using a psychophysical task similar to that employed with patients. It revealed that the three motion patterns are differently affected by age: performance is comparable between young and elderly participants for translational motion, better in young individuals for the radial pattern, and conversely better in older individuals for the rotational pattern. These age-related effects underscore heterogeneous age effects on the perception of different motion types and need to be considered when studying clinical populations encompassing individuals of varying ages. During the final part of my thesis, I also contributed to a multicenter project aiming to assess spontaneous cortical reorganizations in patients with macular degeneration, as well as those induced by a perceptual learning protocol. Understanding the neural mechanisms at play in these patients is crucial, as harnessing cortical reorganizations could potentially restore part of their vision through neuroplasticity by developing tailored rehabilitation strategies (Maniglia et al., 2016, 2018), such as a novel therapeutic solution based on perceptual learning, as proposed here
koamabayili/VECTRON-author-checklist: VECTRON author checklist
No full textWe have done our best to complete the author checklist relating to the use of animals in the hut study. Note that the objective for the hut study was to evaluate the IRS treatment applications for residual efficacy against Anopheles mosquitoes, including the local An. coluzzii mosquito population. Cows were only used to attract mosquitoes into the huts and no tests were carried out directly on the cows. The author checklist is intended for use with studies where experiments are carried out on animals, which is why we have had such difficulty in completing this for the hut study, as many of the questions do not relate to how the cows were used
Modeling visual information processing during locomotion using bio-inspired spiking neural networks
No full textLe domaine de l'intelligence artificielle est en plein essor depuis de nombreuses années et définit la base de tout apprentissage s'effectuant par des systèmes informatiques. Parmi les méthodes d'apprentissage utilisées se retrouvent les réseaux de neurones artificiels. Le développement de ces derniers était à l'origine grandement motivé par le désir de comprendre les mécanismes biologiques sous-tendant les traitements effectués par le cerveau humain. Au cours des dernières années, les réseaux de neurones se sont de plus en plus complexifiés avec un nombre de paramètres et une consommation énergétique toujours plus élevés. Si les réseaux de neurones profonds ou convolutionnels actuels ont d'excellentes performances pour de nombreuses tâches cognitives, il est désormais difficile de les utiliser comme outil pour comprendre le traitement de l'information chez le vivant. Certains types de réseaux de neurones artificiels restent néanmoins plus ancrés dans la biologie, il s'agit des réseaux de neurones impulsionnels (Spiking Neural Networks ou SNN en anglais). Ils reposent sur des mécanismes de communication observés entre les neurones. Ces derniers se transmettent des informations sous la forme d'impulsions électriques dont la consommation énergétique est très réduite. L'apprentissage au sein de ces SNN peut s'effectuer de façon non-supervisée à partir de règles de plasticité observées chez le vivant comme la Spike-Timing-Dependent Plasticity ou STDP. Cette thèse a pour objectif de modéliser le traitement visuel lors de la locomotion à partir de SNNs régulés par un apprentissage de type STDP et qui reçoivent des données captées par des caméras asynchrones dont le fonctionnement s'inspire directement de celui de la rétine. Une première étude (Fricker et al., VISAPP2022) se penche sur la création d'un tel réseau pour l'apprentissage des composantes de flux optique. En interfaçant ce SNN avec des entrées de données événementielles d'abord simulées, nous avons pu mettre en évidence les performances du réseau pour l'estimation des différentes composantes du flux optique à travers différentes conditions de bruit et de vitesse. Le même réseau a par la suite été entrainé à partir de données de navigation réelles capturées à l'aide d'une caméra événementielle. Si la tâche s'avère plus difficile malgré un décodage du flux optique convaincant, elle met en évidence le besoin d'un jeu de données à mi-chemin entre des données événementielles simulées et capturées en condition réelle afin de se rapprocher de tâches de navigation naturelle en gardant un contrôle sur les données. Une seconde étude s'intéresse à la création d'un tel jeu de données pour l'apprentissage du réseau. Ce jeu de données est obtenu à partir d'un logiciel dédié permettant d'extraire puis de modéliser la structure 3D au sein de différents environnements. Ce logiciel peut ensuite simuler les spikes générés par une caméra virtuelle se déplaçant selon différentes trajectoires au sein de ces environnements. Cette approche permet de bien contrôler les données reçus par le réseau et d'améliorer ainsi l'apprentissage. Les premiers résultats montrent que les neurones du réseau après apprentissage deviennent sélectifs aux différentes composantes du flux optique tout en restant invariant aux propriétés spatiales. La méthode proposée constitue donc une base solide pour le traitement du flux optique à partir de réseau de neurones impulsionnels et au sein de différents contextes environnementaux.Artificial intelligence has been booming for many years and defines the basis for all learning carried out by computer systems. Among the learning methods used are artificial neural networks. The latter's development was initially greatly motivated by the desire to understand the biological mechanisms underlying the treatments carried out by the human brain. In recent years, neural networks have become increasingly complex, with an ever-increasing number of parameters and energy consumption. While today's deep or convolutional neural networks perform excellently for many cognitive tasks, it isn't easy to use them to understand information processing in living organisms. However, some types of artificial neural networks remain more rooted in biology. These are the impulse neural networks (Spiking Neural Networks or SNN). They are based on communication mechanisms observed between neurons. The latter transmit information to each other through electrical impulses with reduced energy consumption. Learning within these SNNs can be carried out in an unsupervised way from plasticity rules observed in living organisms, such as Spike-Timing-Dependent Plasticity or STDP. This thesis aims to model visual processing during locomotion from SNs regulated by STDP-type learning and which receive data captured by asynchronous cameras whose operation is directly inspired by the retina. A first study (Fricker et al., VISAPP2022) looks at creating such a network for learning optical flow components. By interfacing this SNN with event data entries that were first simulated, we were able to highlight the network's performance for estimating the different components of the optical flow through different noise and speed conditions. The same network was later trained from actual navigation data captured using an event camera. While the task is more complicated despite convincing optical flow decoding, it highlights the need for a dataset halfway between simulated event data captured in actual conditions to get closer to natural navigation tasks while maintaining control over the data. A second study focuses on creating such a dataset for network learning. This dataset is obtained from dedicated software to extract and then model the 3D structure within different environments. This software can then simulate the spikes generated by a virtual camera moving according to varying trajectories within these environments. This approach makes it possible to control the data received by the network and thus improve learning. The first results show that the neurons of the network become selective to the different components of the optical flow while remaining invariant to the spatial properties after learning. The proposed method, therefore, provides a solid basis for processing optical flow from impulse neural networks and within different environmental contexts
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