Published May 1, 2020 | Version v1
Journal article

Visual illusions via neural dynamics: Wilson-Cowan-type models and the efficient representation principle

Others:
Departament de Tecnologies de la Informació i les Comunicacions ; Universitat Pompeu Fabra [Barcelona] (UPF)
Morphologie et Images (MORPHEME) ; Inria Sophia Antipolis - Méditerranée (CRISAM) ; Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut de Biologie Valrose (IBV) ; Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS) ; COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA)-Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS) ; COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA)-Signal, Images et Systèmes (Laboratoire I3S - SIS) ; Laboratoire d'Informatique, Signaux, et Systèmes de Sophia Antipolis (I3S) ; Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS) ; COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA)-Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS) ; COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA)-Laboratoire d'Informatique, Signaux, et Systèmes de Sophia Antipolis (I3S) ; Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS) ; COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)
Centre d'Analyse et de Mathématique sociales (CAMS) ; École des hautes études en sciences sociales (EHESS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Universitat Pompeu Fabra [Barcelona] (UPF)
Laboratoire des signaux et systèmes (L2S) ; Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
ANR-15-CE40-0018,SRGI,Géométrie sous-Riemannienne et Interactions(2015)
ANR-11-IDEX-0003,IPS,Idex Paris-Saclay(2011)

Description

We reproduce suprathreshold perception phenomena, specifically visual illusions, by Wilson–Cowan (WC)-type models of neuronal dynamics. Our findings show that the ability to replicate the illusions considered is related to how well the neural activity equations comply with the efficient representation principle. Our first contribution consists in showing that the WC equations can reproduce a number of brightness and orientation-dependent illusions. Then we formally prove that there cannot be an energy functional that the WC dynamics are minimizing. This leads us to consider an alternative, variational modeling, which has been previously employed for local histogram equalization (LHE) tasks. To adapt our model to the architecture of V1, we perform an extension that has an explicit dependence on local image orientation. Finally, we report several numerical experiments showing that LHE provides a better reproduction of visual illusions than the original WC formulation, and that its cortical extension is capable also to reproduce complex orientation-dependent illusions.

Abstract

International audience

Additional details

Created:
December 4, 2022
Modified:
November 28, 2023