Illusions sensorielles : quand notre cerveau nous joue des tours – Sciences et Avenir

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Il interprète en permanence la réalité pour lui donner du sens, quitte à transformer les informations qu’il reçoit de nos yeux ou de nos oreilles. Nul besoin de magicien pour faire vaciller la raison : le plus grand des illusionnistes, c’est lui !
Quand une image statique vous entraîne dans un tourbillon… Cette illusion, dite des serpents tournants, est due au psychologue japonais Akiyoshi Kitaoka, maître en la matière.
Cet article est issu du magazine Les Indispensables de Sciences et Avenir n°210 daté juillet/ septembre 2022.
Des droites qui nous semblent courbes, des serpents qui ont l'air de tourner dans une image fixe, un son qui monte éternellement dans les aigus… : la science dénombre une grande variété d'illusions, concernant tous nos sens, mais ne les explique pas toujours. Comme on dit, "ça se passe dans la tête". Et le fonctionnement de notre système nerveux est encore loin, très loin, d'être tout à fait élucidé.
Prenons l'exemple d'une certaine robe qui a fait le tour d'Internet. "À partir de la lumière réfléchie par un objet, notre cerveau essaie de séparer sa couleur de celle de l'éclairage, explique Pascal Mamassian, directeur du Laboratoire des systèmes perceptifs de l'École nationale supérieure. Il corrige les couleurs en fonction d'hypothèses sur l'éclairage." Si l'on perçoit la robe comme bleue et noire, c'est que l'hypothèse d'une lumière blanche l'a emporté. À l'inverse, si on la voit blanche et or, c'est que l'hypothèse d'un éclairage bleuté a pris le dessus. 
"C'est une illusion persistante, ajoute le chercheur. Si l'on voit la robe bleue aujourd'hui, il y a des chances qu'elle nous semble encore bleue demain. Cette interprétation des couleurs résulte d'une 'inférence inconsciente', un phénomène théorisé dès 1855 par le physicien et physiologiste allemand Hermann von Helmholtz (1821-1894) : l'expérience intervient dans la perception."
Cet article est issu du magazine Les Indispensables de Sciences et Avenir n°210 daté juillet/ septembre 2022.
Des droites qui nous semblent courbes, des serpents qui ont l'air de tourner dans une image fixe, un son qui monte éternellement dans les aigus… : la science dénombre une grande variété d'illusions, concernant tous nos sens, mais ne les explique pas toujours. Comme on dit, "ça se passe dans la tête". Et le fonctionnement de notre système nerveux est encore loin, très loin, d'être tout à fait élucidé.
Prenons l'exemple d'une certaine robe qui a fait le tour d'Internet. "À partir de la lumière réfléchie par un objet, notre cerveau essaie de séparer sa couleur de celle de l'éclairage, explique Pascal Mamassian, directeur du Laboratoire des systèmes perceptifs de l'École nationale supérieure. Il corrige les couleurs en fonction d'hypothèses sur l'éclairage." Si l'on perçoit la robe comme bleue et noire, c'est que l'hypothèse d'une lumière blanche l'a emporté. À l'inverse, si on la voit blanche et or, c'est que l'hypothèse d'un éclairage bleuté a pris le dessus. 
"C'est une illusion persistante, ajoute le chercheur. Si l'on voit la robe bleue aujourd'hui, il y a des chances qu'elle nous semble encore bleue demain. Cette interprétation des couleurs résulte d'une 'inférence inconsciente', un phénomène théorisé dès 1855 par le physicien et physiologiste allemand Hermann von Helmholtz (1821-1894) : l'expérience intervient dans la perception."
La robe qui a suscité nombre de questionnements et de réactions sur Internet : est-elle bleue et noire, blanche et or, ou bleu ciel et bronze ? Crédit : SLATE
La robe qui a suscité nombre de questionnements et de réactions sur Internet : est-elle bleue et noire, blanche et or, ou bleu ciel et bronze ? Crédit : SLATE
Notre système nerveux apprend au fil du temps comment fonctionne le monde réel, et ses mécanismes d'interprétation intègrent ces acquis. L'exemple de la robe nous indique un principe qu'il faut garder à l'esprit : nos sens ne sont pas des instruments de mesure contrôlés par notre conscience. "Ce que l'on voit, ou que l'on croit voir, c'est l'interprétation que nous livre notre système perceptif, ajoute le chercheur. Nous ne percevons pas l'information brute, les signaux captés par les neurones sensoriels." Car entre ces capteurs et notre conscience, il se passe beaucoup de choses qui lui échappent, et les occasions d'illusions sont multiples.
"Certaines s'expliquent tout simplement par la 'fatigue' de certains neurones, explique Guillaume Masson, directeur de l'Institut des neurosciences de la Timone à Marseille. C est le cas de l'illusion de la chute d'eau." Une illusion décrite, dès le 1er siècle avant notre ère, par Lucrèce dans son fameux traité "De Natura Rerum". "Si, après avoir regardé quelque temps une cascade, vous déplacez ensuite votre regard sur le côté, par exemple sur une pierre, celle-ci semble bouger en sens inverse, précise le chercheur. On attribue ce phénomène à une diminution de l'excitabilité des neurones du système visuel spécialisés dans la détection du mouvement de haut en bas, face à un stimulus constant, un mécanisme que l'on appelle 'adaptation neurale'. Ce type d'illusion illustre tout simplement une limite de notre système sensoriel"
Dans cette illusion d'optique, dite du mur du café, toutes les lignes droites paraissent déformées alors qu'elles sont strictement parallèles. L'effet résulte de leur interaction avec les carrés noirs. Crédit : WIKIMEDIA COMMONS
Dans cette illusion d'optique, dite du mur du café, toutes les lignes droites paraissent déformées alors qu'elles sont strictement parallèles. L'effet résulte de leur interaction avec les carrés noirs. Crédit : WIKIMEDIA COMMONS
Une impression de mouvement peut même être perçue face à une image fixe. Le meilleur exemple en est sans doute cette illusion dénommée Rotating Snakes (serpents tournants), que l'on doit au psychologue japonais Akiyoshi Kitaoka, auteur prolifique en matière d'illusions visuelles. Ces serpents engendrent une sensation irrépressible de mouvement à la périphérie de la zone sur laquelle on fixe le regard. On considère en général que le phénomène pourrait résulter d'une combinaison de petits mouvements incessants des yeux et d'un décalage entre les vitesses de traitement par le système sensoriel de certaines régions. En particulier, les zones à fort contraste seraient détectées plus vite que celles à faible contraste…
Certaines illusions trouvent leur explication au départ même de nos circuits sensoriels. Pourquoi les boissons contenant du menthol nous semblent-elles plus fraîches qu'elles ne le sont ? Et comment la capsaïcine contenue dans les piments induit-elle cette sensation -fallacieuse – de chaleur ? "Cette illusion a été expliquée par deux chercheurs américains, qui ont été distingués par un prix Nobel en 2021", signale Laurent Perrinet, chercheur à l'Institut des neurosciences de la Timone.
David Julius a découvert en 1997 que le récepteur TRPV1, présent à la surface de certains neurones sensoriels, et connu pour sa sensibilité à la capsaïcine, était également un récepteur de la chaleur. De son côté, Ardem Patapoutian a montré que le récepteur TRPM8, que l'on savait sensible au menthol, est également un récepteur du froid. Dans les deux cas, des circuits de thermosensibilité sont en quelque sorte bernés par des molécules capables d'exciter leurs récepteurs indépendamment de la température.
L'illusion peut aussi résulter du caractère prédictif de notre système sensoriel. "Notre cerveau a tendance à chercher en permanence du sens dans ce qu'il reçoit, ce qu'il voit ou entend, explique Laurent Perrinet. Au point qu'il peut 'voir' un visage dans la photographie d'une formation montagneuse sur la Lune ou sur Mars." Un phénomène appelé "paréidolie".
Notons qu'il ne nous faut pas grand-chose pour voir un visage quelque part, comme en témoigne le succès des émoticônes. À propos de visages, il semble que notre mécanisme de détection… soit adepte des raccourcis. Voyez ces portraits inversés – tête en bas – de Margaret Thatcher ou d'Elon Musk que nous acceptons pour ce qu'ils prétendent être : des portraits à l'envers. Mais il suffit de retourner ces images et l'on s'aperçoit que les yeux – parfois aussi la bouche – ont été inversés et sont donc… à l'endroit. Notre système visuel, ayant trouvé deux yeux, un nez et une bouche, décide sans sourciller qu'il a vu un visage, sans se soucier de l'orientation relative de ces éléments.
Sur ce portrait inversé de la chanteuse Adèle, on ne remarque rien d'anormal. Alors qu'en retournant l'image… Crédit : TWITTER/TURNYOURPHONE
Sur ce portrait inversé de la chanteuse Adèle, on ne remarque rien d'anormal. Alors qu'en retournant l'image… Crédits : TWITTER/TURNYOURPHONE
Une catégorie d'illusions particulièrement spectaculaire implique non pas une, mais deux de nos modalités sensorielles. C'est le cas de l'effet McGurk-MacDonald, du nom de deux chercheurs britanniques qui, en 1976, ont placé des volontaires dans la situation d'entendre une personne tout en la voyant parler à l'écran, et ont diffusé des signaux contradictoires. Lorsqu'ils leur ont demandé ce que la personne avait dit, ils ont obtenu des résultats étranges : lorsque les volontaires écoutaient un "ba" tout en voyant la bouche de la personne former un "ga", ils affirmaient avoir entendu… un "da". L'effet observé sur des syllabes isolées se reproduisant sur des mots et même des phrases entières. "C'est une illusion qui marche à tous les coups, ce qui est rare, assure Pascal Mamassian. Face à un conflit entre audition et vision, notre système nerveux doit trancher." Quelque part dans notre cerveau, un mécanisme coupe la poire en deux. Nous ne percevons que le résultat de cette décision : les conditions de ce compromis nous sont épargnées.
On retrouve une confrontation entre modalités sensorielles dans l'illusion "taille-poids" ou illusion de Charpentier (d'après le physicien français Augustin Charpentier qui l'a décrite en 1891). Dans sa version la plus simple, un volontaire est confronté à deux objets semblables, par exemple deux boîtes, de volume clairement différent mais de même poids. Sommé de les soupeser et de dire lequel est le plus lourd, il désigne presque à coup sûr le plus petit. Cette impression perdure après démonstration, balance à l'appui.
"Cette illusion, que l'on n'observe pas chez le petit enfant sans expérience, repose sur le fait que nous avons appris à anticiper l'effort à fournir pour porter un objet et que nous l'évaluons inconsciemment à partir de son volume, explique Vincent Hayward, professeur à Sorbonne Université. Dans l'expérience, on surévalue, avant de le saisir, le poids du plus gros objet, qui de ce fait paraît plus léger. Un jour que je présentais cette illusion en public, un boulanger est venu me remercier, expliquant que toute sa vie, il s'était demandé pourquoi sa pâte à pain lui semblait plus légère une fois levée…"
Conclusion de tous ces phénomènes étranges ? "Nos sens ne sont pas des instruments de physique, résume Vincent Hayward. Toute notre machinerie sensorielle fait plutôt du bon travail, en général. À partir de peu d'indices, elle reconstruit une représentation du monde tout à fait correcte. Mais parfois, le résultat est surprenant pour notre conscience…" C'est étrange, mais est-ce grave ? "Non seulement ces illusions n'ont guère de conséquences néfastes, mais on peut même pousser l'argument plus loin, insiste le chercheur. Ces imperfections de notre système nerveux, qui sont la contrepartie de son efficacité, ont été sélectionnées par l'évolution : elles ont permis la survie de notre espèce !" La vie retient les innovations favorisant l'adaptation, avec leurs petits défauts.
 
Par Pierre Vandeginste

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