Motion-defined contour processing in early visual cortex

From our daily experience it is very clear that relative motion cues can contribute to correctly identifying object boundaries and for perceiving depth. Motion-defined contours are not only generated by the motion of objects in a scene, but also by the movement of an observer's head and body. However the neural mechanism involved in detecting these contours is still unknown. To explore this mechanism, I extracellularly recorded responses of neurons in Area 18 of anesthetized and paralyzed cats while they were presented with visual stimuli. The goal of this study was to determine if neurons in Area 18 that have been previously shown to detect luminance, texture- and contrast-defined contours cue-invariantly could also detect motion-defined contours. Motion-defined contour stimuli were generated by modulating the velocity of high spatial frequency sinusoidal luminance gratings (carrier gratings) by a squarewave envelope. The carrier gratings used were outside the luminance passband of a neuron, such that presence of carrier alone within the receptive field of a neuron did not elicit a response. It was found that most of the neurons in Area 18 that responded to contrast-defined contours also respond to motion-defined contours. The orientation and direction selectivity of these neurons for motion-defined contours was similar to that of luminance gratings. A given neuron also exhibited similar selectivity for the spatial frequency of the carrier grating of contrast- and motion-defined contours. These results suggest that Area 18 is a common brain area where different second-order contours are detected in a form-cue invariant manner, through a common neural mechanism.Au quotidien, il est clair que les indices locaux de mouvement relatif contribuent à l'identification des bords des objets et à la perception de la profondeur. Les contours définis par le mouvement ne sont pas seulement générés par le mouvement des objets dans une scène, mais également par le mouvement de la tête et du corps de l'observateur. Cependant, les mécanismes neuronaux impliqués dans la détection de ces contours restent toujours inconnus. Pour étudier ces mécanismes, j'ai effectué des enregistrements électrophysologiques extracellulaires dans l'aire 18 de chats anesthésiés et paralysés pendant que des stimuli visuels leurs étaient présentés. Le but de cette étude était de déterminer si les neurones de l'aire 18 pour lesquels il a été montré qu'ils détectent indifféremment les contours définis par la luminance, la texture ou le contraste peuvent aussi détecter les contours définis par le mouvement. Les stimuli de contours définis par le mouvement étaient générés en modulant la vitesse de réseaux de luminances sinusoïdaux de haute fréquence spatiale (réseau porteur) par une enveloppe en créneau. Les réseaux porteurs utilisés étaient au-delà de la bande passante de luminance des neurones de façon à ce que la présentation du réseau porteur seul dans le champ récepteur d'un neurone ne génère pas de réponse. Il a alors été observé que la plupart des neurones de l'aire 18 qui répondent aux contours définis par le contraste répondent également aux contours définis par le mouvement. Les sélectivités à l'orientation et à la direction des contours définis par le mouvement de ces neurones étaient similaires à celles des réseaux de luminance. Un neurone donné présentait également la même sélectivité à la fréquence spatiale du réseau porteur pour les contours définis par le contraste et le mouvement. Ces résultats suggèrent que l'aire 18 est une aire d'intégration où différents contours de second-ordre sont détectés par un mécanisme commun, indépendamment de la nature des indices locaux