Coding of shape from shading in area V4 of the macaque monkey

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>The shading of an object provides an important cue for recognition, especially for determining its 3D shape. However, neuronal mechanisms that allow the recovery of 3D shape from shading are poorly understood. The aim of our study was to determine the neuronal basis of 3D shape from shading coding in area V4 of the awake macaque monkey.</p> <p>Results</p> <p>We recorded the responses of V4 cells to stimuli presented parafoveally while the monkeys fixated a central spot. We used a set of stimuli made of 8 different 3D shapes illuminated from 4 directions (from above, the left, the right and below) and different 2D controls for each stimulus. The results show that V4 neurons present a broad selectivity to 3D shape and illumination direction, but without a preference for a unique illumination direction. However, 3D shape and illumination direction selectivities are correlated suggesting that V4 neurons can use the direction of illumination present in complex patterns of shading present on the surface of objects. In addition, a vast majority of V4 neurons (78%) have statistically different responses to the 3D and 2D versions of the stimuli, while responses to 3D are not systematically stronger than those to 2D controls. However, a hierarchical cluster analysis showed that the different classes of stimuli (3D, 2D controls) are clustered in the V4 cells response space suggesting a coding of 3D stimuli based on the population response. The different illumination directions also tend to be clustered in this space.</p> <p>Conclusion</p> <p>Together, these results show that area V4 participates, at the population level, in the coding of complex shape from the shading patterns coming from the illumination of the surface of corrugated objects. Hence V4 provides important information for one of the steps of cortical processing of the 3D aspect of objects in natural light environment.</p

Développement du langage et des représentations de l'espace chez des enfants déficients visuels : une première étude longitudinale

Le problème essentiel des recherches sur les représentations spatiales est le manque de données concernant les enfants déficients visuels. Le but de ce projet est premièrement de compléter les données en examinant le développement des représentations et des expression spatiales. Deuxièmement, l'étude vise à analyser des conversations quotidiennes entre les enfants et entre enfant et enseignant en situation d'apprentissage collaboratif. Des propositions de dispositif informatique tangible et interactif seront présentées et discutées afin d'améliorer l'apprentissage de l'espace et de soutenir la collaboration entre enfant

Single-unit responses in the auditory cortex of monkeys performing a conditional acousticomotor task

The general goal of the present study was to assess the response properties to tones of single neurons in the auditory cortex (primary auditory area, A1, and middle lateral auditory belt, ML) of two macaque monkeys while performing an acousticomotor discrimination task requiring a controlled level of attention and motivation. For each neuron, an approximation of the frequency receptive field (FRF) was first established. Second, based on the FRF, sets of paired tone frequencies were defined in which two different tone frequencies had to be associated by the monkey, following a trial and error strategy, to a left or a right key-press with the left arm. After acquisition of the association, the two tones of the pair were presented randomly ("instruction stimulus”) and, if the monkey touched the correct key, the stimulus was repeated ("confirmation stimulus”) and a reward was delivered. The majority of units (63%) had a FRF formed by multiple peaks, whereas 25% and 12% of units exhibited a simple U-shaped FRF and a "mosaic” FRF, composed of several separated zones of response, respectively. Five principal response patterns were observed: On, Off, On-Off, Sustained, and Inhibition. In relation to the acousticomotor association task, some auditory cortical neurons (33%) exhibited a different response to the same stimulus when presented, in the same trials, as instruction or as confirmation. It was also observed that the response to the same instruction stimulus could differ when comparing correct trials with erroneous trials (wrong motor response). In conclusion, the response properties of auditory cortical neurons in behaving monkeys are strongly dependent on the physical parameters of sounds (frequency, intensity, etc.) as indicated by FRF characteristics, but a substantial influence of the behavioral context and performance may also play an important rol

A robotics approach for interpreting the gaze-related modulation of the activity of premotor neurons during reaching

International audienceThis paper deals with the modeling of the activity of premotor neurons associated with the execution of a visually guided reaching movement in primates. We address this question from a robotics point of view, by considering a simplified kinematic model of the head, eye and arm joints. By using the formalism of visual servoing, we show that the hand controller depends on the direction of the head and the eye, as soon as the hand-target difference vector is expressed in eye-centered coordinates. Based on this result, we propose a new interpretation of previous electrophysiological recordings in monkey, showing the existence of a gaze-related modulation of the activity of premotor neurons during reaching. This approach sheds a new light on this phenomenon which, so far, is not clearly understood

Wayfinding with Simulated Prosthetic Vision: Performance comparison with regular and structure-enhanced renderings

International audienceIn this study, we used a simulation of upcoming low-resolution visual neuroprostheses to evaluate the benefit of embedded computer vision techniques in a wayfinding task. We showed that augmenting the classical phosphene rendering with the basic structure of the environment - displaying the ground plane with a different level of brightness - increased both wayfinding performance and cognitive mapping. In spite of the low resolution of current and upcoming visual implants, the improvement of these cognitive functions may already be possible with embedded artificial vision algorithms

Les cartes tactiles interactives pour améliorer l’accessibilité des données spatiales pour les déficients visuels

National audienceL'Organisation Mondiale de la Santé estime que 285 millions de personnes sont atteintes de déficiences visuelles dans le monde entier [11]. Cette population est confrontée à des défis importants liés à la perception des données spatiales. En effet, parce qu'elles sont avant tout visuelles, les représentations spatiales ne sont pas facilement accessibles. Les personnes déficientes visuelles manquent alors d'exposition à des données géographiques, à des schémas mathématiques ou techniques, etc., avec des conséquences importantes sur leur éducation mais aussi sur leur autonomie. Par exemple, 56% des personnes ayant une déficience visuelle en France ont déclaré avoir des problèmes en matière de mobilité et d'orientation sans avoir aucun problème de motricité [6]. Il est certain que l'apprentissage a priori des environnements à parcourir permettrait de les rassurer et les encouragerait à se déplacer. Figure 1: Impression d'une carte tactile Historiquement, les déficients visuels utilisent des cartes en relief avec des légendes en braille pour accéder à des informations spatiales. Plusieurs études ont d'ailleurs démontré que les cartes tactiles permettent effectivement la création de représentations mentales de l'espace [10]. Différentes techniques et matériaux permettent la production de ces cartes tactiles. Il est par exemple possible de déformer du plastique pour lui donner du relief. Il est aussi possible d'utiliser une imprimante en Braille ou en relief, de l'encre feuilletée ou du papier gaufré [8]. La méthode la plus souvent utilisée consiste à utiliser du papier thermoformé. Ce papier spécial contient des microcapsules d'alcool et peut passer dans une imprimante classique. Lorsque les feuilles imprimées sont passées dans un four, la chaleur fait gonfler les tracés noirs (Figure 1). Néanmoins, ces cartes tactiles ont de nombreuses limitations. Tout d'abord, il est admis qu'il est très difficile d'intégrer des informations spatiales grâce à une exploration tactile. Il est donc nécessaire de diminuer la quantité d'informations que les cartes tactiles peuvent afficher [9]. De plus, une fois imprimées, ces cartes ne sont plus modifiables et ne peuvent donc pas être mises à jour. Finalement, l’écriture en braille prend beaucoup de place. En général, seules les abréviations des figurés sont placées sur la carte et sont accompagnées des légendes détaillées présentées sur une autre page, voire un petit fascicule. L’alternance entre la lecture de la carte et la lecture des légendes entraîne des interruptions et augmente la charge cognitive nécessaire à la compréhension. Il faut aussi noter que seule une petite partie des déficients visuels (15% en France) lit le braille [6]. Les non lecteurs sont alors privés des légendes et nécessitent de l’aide pour comprendre ces cartes. Depuis quelques années, il est évident que les progrès technologiques permettent d’envisager la conception de cartes tactiles interactives bien plus accessibles

Interactions tangibles pour déficients visuels

National audienceno abstrac

Stratégies de présentation d'informations spatiales en mobilité pour l'aide à la navigation chez les non-voyants

International audienceLes aides électroniques à la navigation développées pour les non-voyants commencent à se diffuser auprès des personnes déficientes visuelles. Elles ont cependant l'inconvénient de ne pas être assez robustes aux erreurs de positionnement des systèmes GPS, notamment en ville, et de ne pas fournir d'informations pertinentes à l'utilisateur sur les éléments présents autour de lui. Ces deux défauts rendent moins fiables ces dispositifs pour atteindre une destination et ne permettent pas aux non-voyants de construire une carte mentale de leur environnement, ce qui est par ailleurs très utile pour mieux comprendre ses déplacements. Les applications sur téléphone mobile développées dans le cadre de cette étude visent à fournir ces indications manquantes en indiquant de manière non-visuelle la position de points de repère environnants pour permettre à un utilisateur non-voyant -ayant appris une carte de son environnement au préalable- de s'orienter et de se diriger efficacement dans cet environnement

Quick-Glance and In-Depth exploration of a tabletop map for visually impaired people

National audienceInteractive tactile maps provide visually impaired people with accessible geographic information. However, when these maps are presented on large tabletops, tactile exploration without sight is long and tedious due to the size of the surface. In this paper we present a novel approach to speed up the process of exploring tabletop maps in the absence of vision. Our approach mimics the visual processing of a map and consists in two steps. First, the Quick-Glance step allows creating a global mental representation of the map by using mid-air gestures. Second, the In-Depth step allows users to reach Points of Interest with appropriate hand guidance onto the map. In this paper we present the design and development of a prototype combining a smartwatch and a tactile surface for Quick-Glance and In-Depth interactive exploration of a map

Usage of multimodal maps for blind people: why and how

International audienceMultimodal interactive maps are a solution for providing the blind with access to geographic information. Current projects use a tactile map set down on a monotouch display with additional sound output. In our current project we investigated the usage of multitouch displays for this purpose. In this paper, we outline our requirements concerning the appropriate multitouch tactile device and we present a first prototype. We conclude with future working propositions