Les lois et principes qui prédisent comment les qualités perceptuelles peuvent être extraites des signaux visuels les plus élémentaires ont été découverts par les psychologues Gestalt (par exemple, Wertheimer, 1923; Metzger, 1930, traduits et réédités par Spillmann en 2009 et 2012, respectivement). Leur travail fondateur a inspiré la science visuelle depuis, et a conduit à des découvertes passionnantes qui ont confirmé l’idée Gestalt selon laquelle le cerveau humain aurait une capacité étonnante à sélectionner et à combiner des signaux visuels critiques pour générer des représentations de sortie pour la prise de décision et l’action. Cette capacité de sélection et d’intégration permet la perception de la forme et de l’espace, et l’estimation correcte des positions relatives, des trajectoires et des distances des objets représentés dans des images planes. Les lois et principes de la Gestalt visaient initialement à répondre à une seule question globale: « Pourquoi le monde ressemble-t-il à ce qu’il est. »Ils ont ensuite été rendus opérationnels dans des études expérimentales (pour une illustration de la recherche en cours, voir le projet international METHUSALEM, coordonné par Johan Wagemans, à www.gestaltrevision.be ) visant à approfondir nos connaissances sur la manière dont les caractéristiques et qualités spécifiques des configurations visuelles peuvent déterminer l’organisation perceptuelle et le comportement à différents niveaux de traitement. L’organisation perceptuelle détermine directement la capacité des observateurs humains à évaluer (1) quelles parties d’une image appartiennent ensemble pour former un objet visuel unifié ou une forme, et (2) quelles parties doivent être plus proches et plus éloignées de l’observateur si les objets représentés ont été vus dans le monde réel. Ce document d’opinion soutient que le principe de Gestalt de Prägnanz et la loi de Gestalt de bonne continuation traitent de problèmes spécifiques d’organisation perceptuelle avec des implications critiques pour la conception d’interfaces visuelles, et la conception de plates-formes de chirurgie guidées par l’image en particulier.
Le principe de Prägnanz se rapporte au postulat général de Gestalt selon lequel les objets dans le champ visuel produiront la solution perceptive la plus simple et la plus complète possible dans les conditions données. Les lois Gestalt de l’organisation perceptuelle, dont la loi de bonne continuation est un exemple particulier, décrivent les conditions dans lesquelles des solutions perceptuelles spécifiques (regroupements) sont susceptibles de se produire. La question de savoir comment les structures d’images planaires sont regroupées en représentations perceptives de la figure et du sol est l’un des motifs d’étude pour lesquels les lois de Gestalt ont été conçues. La représentation au sol est une solution perceptive qui permet à l’observateur d’évaluer quels objets de l’image seraient susceptibles d’être plus proches et quels objets seraient susceptibles d’être plus éloignés dans une configuration du monde réel. Il est médié par des signaux d’image spécifiques à la forme et à la distance relative, impliquant des signaux locaux de contraste et d’orientation pour remplir des régions spécifiques d’une image et permettre ainsi la perception de surfaces. Les sensations perceptuelles associées à l’amélioration du contraste local font que les objets visuels de l’image semblent se tenir devant d’autres objets représentés dans le même plan. De telles sensations sont souvent considérées comme « illusoires » parce qu’elles n’ont pas d’origine physique, c’est-à-dire qu’il n’y a pas de différence objective de luminance locale qui expliquerait les percepts résultants (par exemple, Heinemann, 1955; Hamada, 1985; O’shea et al., 1994; De Weert et Spillmann, 1995; Grossberg, 1997; Dresp et Fischer, 2001; Dresp et al., 2002; Guibal et Dresp, 2004; Devinck et coll., 2006; Pinna et Reeves, 2006; Dresp-Langley et Reeves, 2012, 2014). Un aspect essentiel de ce processus de ségrégation figure-sol est l’attribution perceptive de la propriété frontalière (voir la revue de von der Heydt sur ce sujet). Le théoricien de la Gestalt Rubin (1921) a été parmi les premiers à souligner qu’une figure possède des qualités perceptives distinctes qui la distinguent du reste du champ visuel, qui acquiert ainsi la qualité perceptuelle du sol (ou de l’arrière-plan). Une figure occulte le sol et possède donc les bordures qui le séparent de ce dernier (Craft et al., 2007; Zhang et von der Heydt, 2010). Zhou et coll. (2000) ont trouvé des neurones principalement dans V2 (mais aussi V1) du singe qui répondent sélectivement à l’emplacement des frontières dans le champ visuel. Une attention visuelle sélective à la figure renforce les réponses neuronales à ses frontières (Qiu et al., 2007).
Les psychologues Gestalt ont également supposé à juste titre que, pour récupérer une représentation d’un tout à partir de parties, le cerveau devait réaliser l’intégration perceptuelle d’informations visuelles à travers l’espace colinéaire (par exemple, Wertheimer, 1923; Metzger, 1930). L’intégration visuelle des informations de contraste dans l’espace d’image colinéaire joue un rôle crucial dans la vision de la forme dans des conditions d’incertitude de stimulus et d’ambiguïté configurative (par exemple, Dresp, 1997; Grossberg, 1997). Il est régi par la loi dite de bonne continuation, et se reflète par des effets interactifs entre les stimuli co-axiaux dans le champ visuel (Hubel et Wiesel, 1959, 1968; von der Heydt et Peterhans, 1989; Dresp et Bonnet, 1991; Peterhans von der Heydt, 1991; Kapadia et al., 2000; Craft et coll., 2007). Les activités de réponse spécifiques des neurones corticaux visuels sont déclenchées par ces interactions co-axiales (cf. les premières observations de Nelson et Frost, 1978; von der Heydt et al., 1984 in monkey visual cortex), révélant les propriétés fonctionnelles des mécanismes cérébraux conçus pour compléter l’entrée de contraste physiquement discontinue dans l’espace visuel colinéaire. L’intégration spatiale colinéaire est cruciale pour la détection de l’alignement, des trajectoires virtuelles et des frontières de forme dans un monde où la plupart des objets sont vus de manière incomplète. Il permet à un observateur humain d’évaluer la continuité des fragments d’image dans des conditions de visibilité réduite et d’ambiguïté accrue du stimulus. Des données expérimentales sur l’intégration visuelle colinéaire ont montré que la récupération perceptuelle des représentations globales de l’espace colinéaire implique de nombreux niveaux de traitement visuel, pas un seul, de la détection visuelle des détails locaux de l’image à la perception des champs d’association globaux (par exemple, Dresp, 1993; Field et al., 1993; Polat et Sagi, 1993, 1994; Kapadia et al., 1995; Polat et Norcia, 1996; Yu et Levi, 1997, 2000; Wehrhahn et Dresp, 1998; Chen et al., 2001; Chen et Tyler, 2001; Tzvetanov et Dresp, 2002; Dresp et Langley, 2005; Chen et Tyler, 2008; Huang et al., 2012). Dans les images complexes, certains fragments de stimulus visibles apparaissent clairement alignés, d’autres non. Des conditions phénoménales spécifiques de relatabilité des contours (Kellman et Shipley, 1991; Shipley et Kellman, 1992, 2001) doivent être satisfaites pour permettre une interpolation colinéaire dans des scènes statiques en 2D. Ce processus d’interpolation contraint l’étalement des surfaces à travers des régions non spécifiées de l’image. La contribution de l’expérience passée et de l’apprentissage perceptuel aux mécanismes précoces d’interpolation et de regroupement doit être prise en compte étant donné que des données de mémoire spécifiques sur des objets (Kimchi et Hadad, 2002) et leur configuration spatiale la plus probable sont susceptibles de faciliter (ou éventuellement d’interférer, selon les conditions) le traitement visuel en cours d’une image.
Bien que la récupération des propriétés des objets véridiques n’était pas une question majeure dans la théorie de la Gestalt précoce, ses lois d’organisation perceptuelle ont généré un cadre conceptuel pour l’aborder. Comprendre quelles conditions d’image produisent des configurations géométriques qui satisferont les lois les plus essentielles de la Gestalt et assureront un Prägnanz optimal pour la prise de décision basée sur l’image est similaire à comprendre la grammaire de phrases bien formées. La théorie de la gestalt est toujours aussi pertinente dans le contexte de la technologie d’interface visuelle pour la chirurgie guidée par l’image, par exemple. La chirurgie guidée par image utilise des images prises avant et / ou pendant l’intervention pour aider le chirurgien à naviguer. L’objectif est d’augmenter la capacité de décision et d’action du chirurgien pendant l’intervention (voir Perrin et al., 2009, pour examen). En réalité augmentée, le guidage est fourni directement sur la vue du patient par le chirurgien en mélangeant des images réelles et virtuelles (Figure 1). Les qualités perceptives (couleur, luminosité, saillance, etc.) des images rendues sont essentielles pour rendre perceptibles de manière optimale des régions spécifiques d’intérêt pour le chirurgien. Cela inclut la traçabilité visuelle des dispositifs par rapport au patient, l’enregistrement et l’alignement du modèle préopératoire, ainsi que le rendu et la visualisation optimisés des données préopératoires. La visualisation dans ce contexte signifie traduire les données d’image en une représentation graphique compréhensible par l’utilisateur (le chirurgien), car elle transmet des informations importantes pour évaluer la structure et la fonction, et pour faire (le bon!) décisions lors d’une intervention. Le domaine a considérablement évolué ces dernières années, mais le problème le plus critique pour la chirurgie guidée par l’image reste celui de la conception d’interface utilisateur centrée sur les tâches. Lors d’une intervention chirurgicale, le moment de la génération des données d’image est absolument critique, et pour faciliter la navigation à travers de grandes cavités avec de multiples obstacles potentiels, tels que dans l’abdomen, des écrans complexes ont été conçus pour fournir des aides à la navigation. Ils combinent des rendus de surface de l’anatomie (figure 1, milieu) issus de l’imagerie préopératoire avec des techniques de visualisation peropératoire. Une stratégie commune ici consiste à représenter les données volumétriques sous forme de surfaces 2D avec une opacité variable. L’efficacité des rendus pour faciliter les décisions de l’utilisateur humain peut être évaluée en termes de saillance perceptive de surfaces critiques qui représentent des régions d’intérêt pour le chirurgien.
FIGURE 1
Figure 1. Une configuration d’image produira la solution perceptive la plus simple et la plus complète possible dans les conditions données (principe de Gestalt de Prägnanz). En chirurgie guidée par l’image, le guidage visuel est fourni directement sur la vue du chirurgien de l’anatomie du patient en mélangeant des images réelles et virtuelles. Comprendre quelles conditions d’image produisent des configurations géométriques qui satisferont les lois les plus essentielles de la Gestalt et assureront un Prägnanz optimal pour la décision aidera à augmenter l’efficacité des images rendues (milieu). L’objectif ici est de faciliter les stratégies interventionnelles en ce qui concerne des régions spécifiques d’intérêt pour le chirurgien. Le suivi visuel des trajectoires des infobulles est important pour évaluer l’évolution des compétences, la précision de position des infobulles étant critique (à gauche). Une technologie facilitant la précision de position des mouvements de la pointe de l’outil en générant des données visuelles pour la position relative, l’alignement et l’anticipation de la trajectoire (loi perceptuelle de bonne continuation) est urgente. L’analyse informatique en temps réel des écarts par rapport aux alignements critiques lors des interventions (à droite) est actuellement le « saint graal » dans ce domaine du développement technologique.
De plus, l’imagerie peropératoire fournit souvent des informations diagnostiques supplémentaires et permet d’évaluer les risques ainsi que les perspectives de réparation. Dans ce contexte, le suivi des instruments guidé par l’image est un défi majeur pour la recherche et le développement actuels dans ce domaine (West et Maurer, 2004; Huang et al., 2007). Un problème critique pour le chirurgien est de détecter et de suivre les positions relatives des outils chirurgicaux qu’il utilise pendant l’intervention (figure 1, à droite). Le suivi visuel des trajectoires des infobulles est également une aide précieuse pour évaluer l’évolution des compétences chez les chirurgiens stagiaires, la précision de position des infobulles étant critique lors d’une intervention (par exemple, Jiang et al., 2015). Le développement et le test de nouvelles aides visuelles pour faciliter la détection de l’alignement, de la position relative et des trajectoires (loi perceptuelle de bonne continuation) est urgent ici. À terme, une technologie où l’outil chirurgical lui-même deviendra une véritable aide à la navigation visuelle en chirurgie guidée par l’image doit être développée dans un avenir proche et les tests psychophysiques devraient avoir un impact majeur sur ces développements.
Financement
Le soutien de la subvention a été apporté par le Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS MI AAP 2015).
Déclaration de conflit d’intérêts
L’auteur déclare que la recherche a été menée en l’absence de relations commerciales ou financières pouvant être interprétées comme un conflit d’intérêts potentiel.
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