CHAPITRE 1

L’œil est l’organe spécialisé par lequel la perception visuelle commence. Chez l’Homme, c’est un organe des sens essentiel dans la mise en relation de l’organisme avec le monde extérieur. 

Comment l’organisation de l’œil permet-elle la formation des images ? 

I- L’œil est un système optique de formation des images 

L’œil, mobile dans son orbite grâce à des muscles, est composé de 3 enveloppes emboîtées qui sont de l'extérieur vers l'intérieur : 

• La sclérotique : épaisse couche blanche très résistante. Vers l’avant, cette enveloppe devient transparente: c'est la cornée. 
• La choroïde : enveloppe noire qui tapisse la sclérotique. 
• La rétine qui se prolonge par le nerf optique: couche finement colorée très riche en vaisseaux sanguins. 

La formation des images se fait sur la rétine: des milieux transparents, la cornée, le cristallin et les humeurs (vitrée, aqueuse) rendent possible la formation de ces images. 

II/Le cristallin : une lentille vivante : 

Le cristallin est l’un des systèmes transparents de l’œil humain. Il est formé de cellules vivantes qui renouvellent en permanence leur contenu. Les modalités de ce renouvellement sont indispensables à sa transparence.  

L’image observée sur le fond de l’œil est plus petite, inversée et nette. Le cristallin est une lentille convergente, souple et déformable  qui fait converger les rayons lumineux sur la rétine : il permet d’avoir une image nette sur la rétine  grâce à l’accommodation.

Pour accommoder le cristallin est plus ou moins étiré par les muscles auxquels il est relié.
Rq 1 : avec l'âge la cristallin est de moins en moins souple d'où les défauts de visions qui apparaissent petit à petit.
Rq 2 : le fait de passer de moins en moins de temps à l'extérieur fatigue l’œil qui doit accommoder en permanence : il se repose quand il regarde à l'infini.

III/ La rétine est un tissu nerveux organisé en couches indispensable à la vision:

1/organisation de la rétine :

La rétine est un tissu nerveux constitué de couches cellulaires de neurones et de photorécepteurs. Les cônes et les bâtonnets sont des cellules sensibles à la lumière, juxtaposés à la manière d’une mosaïque. Ce sont des neurones très courts qui possèdent un segment externe renfermant des pigments photosensibles.

              

La répartition des photorécepteurs est variable selon les endroits de la rétine : les cônes sont concentrés au niveau de la fovéa alors que les bâtonnets sont plus répartis à la périphérie de la rétine. Au niveau du point aveugle, les fibres des neurones ganglionnaires se rejoignent pour former le nerf optique. Il n’y a pas de photorécepteurs, c’est pourquoi les stimuli lumineux ne peuvent pas être captés.

 

 

La rétine est une portion de système nerveux sensible à la lumière grâce à la présence de nombreux photorécepteurs. Ces neurones sont de véritables capteurs de lumière.

Comment et dans quelles conditions les photorécepteurs fonctionnent-ils ?

2- Les photorécepteurs sont des cellules nerveuses (neurones) très particulières de la rétine :

La stimulation des photorécepteurs rétiniens par la lumière est à l’origine du processus visuel. L’absorption des photons par les pigments rétiniens des cônes et des bâtonnets est à l’origine du message nerveux sensoriel. Ce processus se traduit en message nerveux destiné au cerveau.

La rétine comporte deux types de photorécepteurs : les cônes et les bâtonnets.

Les bâtonnets sont  les cellules photoréceptrices fonctionnelles en faible éclairement.

 

La rétine humaine comprend trois types de cônes : chacun présente un maximum de sensibilité pour une longueur d’onde donnée. Ils participent à la vision des couleurs, mais sont beaucoup moins sensibles à la lumière que les bâtonnets.

La répartition des cônes et des bâtonnets dans la rétine présente de très importantes variations. Dans la fovéa (ou tache jaune ou macula), il n’y a que des cônes et leur densité est maximale. De plus, le câblage neuronique y est particulier : à chaque cône correspond un neurone bipolaire et un neurone ganglionnaire spécifique. C’est donc dans cette zone que l’acuité visuelle et la vision des couleurs sont optimales.

            Le message nerveux provenant de la rétine est propagé par les fibres du nerf optique sous forme de signaux électriques.

IV/Des anomalies de la vision mettant en évidence le rôle des différentes structures de l’œil :

Certaines maladies et certaines anomalies génétiques mettent en évidence les propriétés de certaines structures de l’œil.

1/ Au niveau de la rétine :

En effet, la dégénérescence maculaire liée à l’âge entraîne une perte de la vision fine et des couleurs, met en évidence le rôle des cônes dans cette vision puisque ce sont ceux-ci qui sont atteints.

D’autres anomalies génétiques comme le daltonisme entraînent une vision des couleurs partielles de part un gène défectueux qui ne permet pas la synthèse correcte du pigment de l’un des types de cônes. Ilo y a donc là encore mise en évidence du rôle des cônes dans la perception des couleurs.

2/Au niveau du cristallin :

Des anomalies de forme du cristallin expliquent certains défauts de vision. Avec l’âge sa transparence et sa souplesse peuvent être altérées.

- L’accommodation diminue avec l’âge car la souplesse du cristallin diminue : les objets rapprochés sont flous. (C’est la presbytie)

-Les protéines cristallines contenues dans le cytoplasme des cellules du cristallin se modifient avec l’âge, et peuvent former des agrégats qui arrêtent les rayons lumineux. La vision n’est plus efficace (c’est la cataracte).

Des ressemblances et des différences  de vision existent entre différentes espèces.

Comment celles-ci permettent de classer l’Homme au sein des primates ?

V/Les photorécepteurs, un produit de l’évolution :

Les gènes des pigments rétiniens constituent une famille (issue de duplications) dont l’étude comparée permet de placer l’Homme parmi les Primates.

En effet, on constate que les séquences des gènes codant les opsines rouge et verte sont très semblables.

Un gène ancestral a subi une première duplication en deux copies dont l’une subi également une duplication. Les gènes codant les opsines rouge et verte sont sur le même chromosome X, et le gène codant pour l’opsine bleue est sur le chromosome 7. Il est indispensable, afin d’expliquer la disposition actuelle des gènes, d’envisager une transposition d’une des copies au cours du temps.

Seul l’Homme et les singes de l’ancien monde (primates de l’Afrique) possèdent trois gènes codant les opsines, alors que les singes du nouveau monde (primates d’Amérique) ne possèdent que deux gènes. La duplication à l’origine des gènes codant pour les opsines verte et rouge a du avoir lieu après la séparation de la lignée des singes de l’ancien monde et celle des singes du nouveau monde, soit environ entre 40 et 20Ma.

Remarque : l’ancêtre commun à deux espèces est d’autant plus ancien que le nombre de différences existantes est important. En comparant les séquences protéiques des opsines bleues par exemple de différents primates, on peut replacer l’Homme parmi les primates et savoir avec quels primates les liens de parenté sont les plus étroits. (ex : l’homme est étroitement apparenté avec le chimpanzé).

L’œil permet la formation d’images du monde qui nous entoure et génère des messages nerveux. Mais la vision nécessite que cette information soit transmise et analysée par le cerveau pour finalement faire naître la perception visuelle.

Comment l’information sensorielle est-elle transmise au cerveau ?

Comment la stimulation de multiples photorécepteurs peut-elle conduire à la perception d’une image globale ?

VI/  la transmission des messages nerveux entre l’œil et le cortex cérébral

La rétine comporte 3 populations de cônes ayant des propriétés différentes. Ces photorécepteurs diffèrent par la nature du pigment (opsine) qu’ils possèdent : ils n’absorbent donc pas les mêmes radiations lumineuses de la même façon. Le graphe ci-contre présente les spectres d’absorption des pigments des trois types de cônes de la rétine humaine. Ces spectres se superposent partiellement de telle sorte qu’une lumière colorée est plus ou moins absorbée par plusieurs types de cônes.

La vision des couleurs repose sur l’émission d’un message nerveux spécifique de la radiation perçue. Ce message nerveux résulte de l’« addition » de trois messages émis par trois types de cônes plus ou moins sensibles respectivement au bleu, au vert et au rouge. La vision des couleurs s’apparente donc à une synthèse additive trichromatique.

Les messages nerveux véhiculés par les fibres du nerf optique aboutissent à un relais cérébral connecté aux aires du cortex visuel occipital.

Comment sont traitées la multitude d’informations arrivant au cerveau ?

  

VII/Des aires cérébrales impliquées dans le traitement des messages nerveux visuels:

Toutes les informations visuelles arrivent au cortex occipital au niveau d'une aire appelée cortex visuel primaire. Cette aire présente des connections avec d'autres aires du cortex occipital.

Ainsi toute information reçue est en fait analysée à plusieurs endroits, dans plusieurs aires du cortex occipital. Ces différentes aires visuelles sont donc spécialisées dans diverses fonctions d'analyse : 

- analyse des couleurs                        Zone de traitement du « quoi »

            - analyse de la forme 

            - perception du déplacement Zone de traitement du « où »

            - localisation d'un objet                     

Technique d’étude

            L'imagerie par résonnance magnétique fonctionnelle (IRMf) permet de mesurer l'augmentation du débit sanguin dans un tissu en relation avec son activité biologique. (Quand l'organe s'active le débit du sang oxygéné augmente et entraîne la modification du signal de résonnance.)

 

L’imagerie fonctionnelle du cerveau permet d’observer l’activation de ces différentes aires du cerveau lorsque l’on observe des formes, des mouvements…

L'échange d'informations entre ces différentes aires va permettre au cerveau de reconstituer l'image telle que nous la percevons.

L’imagerie fonctionnelle met en outre en évidence que la reconnaissance des formes par exemple, nécessite une collaboration entre les fonctions visuelles et la mémoire.

Quel lien existe-t-il entre les caractéristiques du cerveau et l’apprentissage de la lecture ?

VIII/ La plasticité cérébrale  et l’apprentissage de la lecture :

Les stimulations de l’environnement peuvent modifier l’organisation du cortex cérébral : c’est la plasticité neuronal ou neuroplasticité.

L’expérience visuelle précoce de chaque individu après la naissance induit des réarrangements neuronaux au sein du cortex visuel. Si cette étape est manquée, cela peut engendrer des conséquences irréversibles.

Ex : chat privé de la vision d’un œil à aire de projection corticale des neurones en provenance de l’œil occlus régressent et sont occupées par des neurones en relation avec l’œil non occlus.

La plasticité neuronale chez l’adulte est moindre que celle du jeune mais existe toujours.

La sollicitation répétée de circuits de neurones engendre la modification des connexions entre ces neurones et augmente l’importance de  l’aire de projection au niveau du cortex.

Pour preuve : la lésion de certaines zones du cortex suite à un accident vasculaire cérébral peut se traduire par la non-prise en compte d’une partie du champ visuel. En quelques mois ces troubles régressent, il y a réorganisation des circuits neuroniques dans la partie du cerveau non affectée.

La plasticité neuronale est une propriété générale du système nerveux central.

L’apprentissage repose sur la plasticité cérébrale. Il nécessite la sollicitation répétée des mêmes circuits neuroniques. La mémoire nécessaire par exemple à la reconnaissance d’un visage ou d’un mot repose sur la plasticité du cerveau.

La lecture nécessite la reconnaissance visuelle des signes écrits mais elle met aussi en jeu la mémoire et des aires cérébrales liées au langage. Elle résulte d’un apprentissage qui repose sur la plasticité cérébrale.

 Des études menées chez les non-voyants montrent par exemple que le cortex visuel peut être reconverti à d’autres fins que la vision.

Ex l'écriture miroir.

Bilan :

Le récepteur visuel chez l'homme présente une structure complexe mais très organisée qui lui permet de reproduire une image fidèle de son environnement. Toutefois la représentation que chaque individu se fait d'une image peut différer. L'analyse par le cerveau des informations est soumise à de nombreux paramètres (expérience personnelle, apprentissage des couleurs / des nuances, environnement dans lequel l'individu s'est développé….)

            De ce fait la représentation visuelle du monde appartient à chaque individu.

L’organisation générale du cortex visuel est la même pour tous (déterminisme génétique) mais les apprentissages et les expériences acquises sont à l’origine d’une organisation différente des réseaux de neurones corticaux qui fait qu’aucun cerveau ne voit le monde exactement comme un autre.

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