Reconnaissance des visages : dissection ou globalisation?
Mon fils, ma mère, Emmanuel Macron, Alain Souchon, une voisine... Notre cerveau identifie en une fraction de seconde les visages qui nous sont familiers. Mais comment s'y prend-il ? Par analyse et assemblage ou par stratégie de globalisation ?
Sophie a une vue parfaite et ne souffre d'aucune altération cognitive. Pourtant, elle est incapable de reconnaître visuellement des visages familiers. Elle sait que ce sont des visages, mais n'arrive pas à leur attribuer une identité. À l'instar d'autres personnes souffrant comme elle d'une prosopagnosie sévère, elle ne reconnaît ni le visage de son mari, ni celui de ses enfants, ni même le sien dans un miroir ou sur une photo.
À la suite d'une ou plusieurs lésions cérébrales pouvant se situer en de nombreux endroits de la partie latérale et ventrale de l'hémisphère droit, vaste territoire allant du pôle occipital au pôle temporal, certains individus perdent donc cette habileté particulière que nous possédons pour identifier les visages. En général, ils éprouvent également des difficultés à reconnaître visuellement les objets, mais ce n'est pas une règle absolue. " Il y a désormais des évidences qui soulignent la présence de déficits propres à la seule reconnaissance des visages", rapporte le professeur Bruno Rossion, de l'Institut de recherche en science psychologique et de l'Institut de neurosciences de l'UCL.
Les visages ne différant les uns des autres que par des détails, notre aptitude à les différencier en un coup d'oeil (moins de 200 millisecondes) met en oeuvre des processus complexes, dysfonctionnels en cas de prosopagnosie, qui mobilisent d'importantes ressources cérébrales. Mais comment le cerveau procède-t-il pour assurer cette reconnaissance ? Se livre-t-il à une analyse élément par élément - un oeil, l'autre oeil, la bouche, le nez... -, ou recourt-il à une approche globale dite "holistique"?
Comme un puzzle?
Deux écoles de pensée s'opposent. Selon le courant dominant chez les neuroscientifiques et les chercheurs en intelligence artificielle, la reconnaissance des visages reposerait sur l'extraction d'informations locales : notre cerveau décomposerait l'image des visages en fragments, puis les assemblerait progressivement en entités de plus en plus importantes jusqu'à l'obtention d'une représentation globale. Le fait que ce mode de traitement soit très bien reproduit par un ordinateur conforte les partisans de cette thèse. "La machine peut discriminer les visages en se fondant uniquement sur de l'information locale, pourvu qu'elle soit complète et qu'il puisse reconstituer le 'puzzle'", indique Bruno Rossion.
Toutefois, les principaux arguments viennent de l'expérimentation, et en particulier des études consistant à enregistrer les mouvements des yeux chez des sujets caucasiens. Face à un visage, leur regard se focalise d'abord sur un oeil, généralement le droit, puis sur l'autre oeil, puis sur la bouche. Dans un article paru dans la revue PLoS One, l'équipe du psychologue suisse Roberto Caldara, alors à l'université de Glasgow, a montré que les Asiatiques fixaient davantage le centre du visage que ne le font les Européens, ce qui refléterait une différence de stratégie par rapport aux Occidentaux : la reconnaissance des visages ne dépendrait pas d'une stratégie universelle, mais serait modulée en partie par la culture. Pour Bruno Rossion, toute la question est de déterminer dans quelle mesure cette différence culturelle modifie la perception.
Dans d'autres recherches, les traits d'un visage connu sont masqués à l'exception d'un de ses éléments (un oeil, la bouche, le nez, les sourcils...). Les participants à l'expérience reconnaissent-ils les visages qui leur sont présentés ainsi de façon parcellaire ? Tout dépend de l'élément anatomique observé. Lorsqu'on classe les images en fonction de la performance des sujets, il apparaît que les yeux sont associés aux meilleurs scores de reconnaissance. En 2005, cette expérience avait été réalisée par l'équipe de Bruno Rossion chez un patient prosopagnosique. Contrairement aux sujets normaux, ce dernier a utilisé essentiellement la bouche et les contours externes inférieurs pour essayer de reconnaître les visages. Il pourrait donc y avoir, chez les personnes souffrant de prosopagnosie, un déficit dans l'encodage et l'utilisation des informations relatives aux yeux.
L'hypothèse holistique
Malgré sa pertinence, la stratégie analytique est-elle vraiment celle que le cerveau emprunte préférentiellement ? Pour la majorité des psychologues expérimentaux, la réponse est non : le cerveau percevrait de préférence un visage comme un tout indissociable. D'ailleurs, ce n'est pas parce que le regard fixe un trait (un oeil, par exemple) que le cerveau utilise nécessairement cette information dans ses traitements.
Cette " hypothèse holistique " se fonde en partie sur l'observation d'illusions perceptives comme les " figures de Mooney ", du nom de leur inventeur, le psychologue américain Craig Mooney. À partir de visages photographiés en noir et blanc, on reconstitue des photos où les pixels gris foncé sont transformés en noir et les pixels gris clair, en blanc. On obtient donc des images binaires. Pris isolément aucun élément du visage n'est alors reconnaissable. Si l'on présente à l'envers une image de Mooney réalisée à partir de la photo d'un visage, les participants à l'expérience n'établissent aucun lien avec un faciès humain. En revanche, si la photo leur est soumise à l'endroit, ils identifient aussitôt un visage, alors que chacun des éléments qui le constituent leur apparaît comme une " tache informe ". " Les modèles analytiques peinent à expliquer comment le cerveau humain pourrait reconnaître un visage en découpant de telles images en divers éléments, affirme Bruno Rossion. Aucun système d'intelligence artificielle n'est d'ailleurs capable de réaliser cette reconnaissance. Il doit donc exister, au niveau cérébral, une voie de traitement qui permet d'identifier le tout avant les parties. "
Une autre expérience éloquente met en scène certains tableaux de Giuseppe Arcimboldo (1527-1583), appelés "têtes composées ". L'artiste italien assemblait des représentations de végétaux, d'animaux, d'objets divers afin de donner l'illusion de visages. Si ces peintures sont montrées à l'envers, on a peine à y discerner un oeil, une bouche ou un nez dans ce qui n'est, en fait, que la queue d'un poisson ou une souris, par exemple. Par contre, si l'on place les tableaux à l'endroit, la perception d'un visage est immédiate. "En clair, ce n'est que la configuration globale de l'oeuvre qui permet d'accéder à une telle perception", commente Bruno Rossion.
Nous verrons cependant dans l'article que nous publierons la semaine prochaine que, pour certains auteurs, tel Roberto Caldara, de l'Université de Fribourg, le concept de traitement holistique pour la reconnaissance des visages doit être relativisé.
Le cerveau en action
Comment mesurer de façon objective les réponses du cerveau au cours de la reconnaissance visuelle des visages ? En 1934, le médecin et électrophysiologiste anglais Edgar Adrian, prix Nobel de médecine en 1932, montra que si l'on présente au cerveau des stimuli visuels à intervalles fixes (par exemple, tous les quarts de seconde), la réponse électrophysiologique de l'aire impliquée dans cette tâche se synchronise avec la fréquence de stimulation (4 hertz). Cette approche fut longtemps confinée à des stimuli très simples, dits de " bas niveaux " (des changements de luminance, de contraste, etc.). Cette approche a été reprise par l'équipe de Bruno Rossion, à l'UCL, qui l'a appliquée aux images complexes.
Dans une des expériences, des images différentes se succédaient sur un écran à raison de 6 par seconde. Systématiquement, 4 images d'objets précédaient une image de visage. Deux fréquences étaient donc en jeu : 6 hertz (6 images par seconde) et 1,2 hertz (un visage toutes les 5 images - 6 divisé par 5). Outre une réponse à 6 hertz traduisant la vision d'une image, le cerveau des observateurs allait-il produire une réponse à 1,2 hertz? Il faudrait alors en déduire qu'il discrimine les visages et les objets, mais aussi qu'il a inclus dans une catégorie générale les visages de personnes différentes. Tel a été le cas chez tous les participants. " Nous l'avons même vérifié chez des enfants de 4 à 6 mois, preuve que leur cerveau fait bien la différence entre des visages différents ", rapporte Bruno Rossion.
La zone la plus fortement impliquée dans la reconnaissance des objets et des visages est la voie ventrale de l'hémisphère droit, qui s'étend du pôle occipital au pôle temporal. Les chercheurs de l'UCL ont enregistré la réponse physiologique du cerveau tout au long de cette voie. Ils ont montré que les réponses à 6 hertz diminuent peu à peu en amplitude et finissent par s'éteindre dans les régions le plus en aval, tandis que les réponses à 1,2 hertz subsistent. La sélectivité du cerveau augmente donc progressivement, ses régions les plus antérieures ne répondant qu'aux seuls visages.
