➱ La vision au cours du temps & distribution fiche les échelles du vivant & niveaux d’organisation en SVT conditions de visibilité d’un objet ? dans le champ de vision, suffisamment éclairé, parvient par de milieux transparents sur la rétine

Comment l’Homme perçoit-il le monde ? Qu’est-ce que voir ? Qui voit chez l’individu ? diapo 00, 000

I / L’ORGANE OEIL DANS LA FONCTION « VISION » : LE SYSTEME CRISTALLIN / RETINE INDUIT UNE PERCEPTION VISUELLE NETTE ET TRANSMET AU CERVEAU DES INFORMATIONS NERVEUSES

A/ Le tissu cristallin, une lentille vivante (AP # 1)

1/ organisation générale de l’organe oeil de mammifère diapo 0, 0 ’,0’’, 0’’’ à 1 + maquette + légender planche distribuée

http://www.biologieenflash.net/animation.php?ref=bio-0029-3 L'œil est un organe quasi-sphérique organisé en tissus spécialisés : (2,5 cm Ø, m = 7 g) fixation dans cavité osseuse anti-chocs mais l’organe en lui-même = sans os / à cellules à hydrater sans arrêt pour maintien intégrité de fonctionnement tableau suivant à distribuer et juste lire

sclérotique + choroïde + rétine = les 3 tuniques de l’oeil

Chapitre 1

DE L’ OEIL AU CERVEAU : QUELQUES ASPECTS DE LA VISION

qui ? quoi ? pourquoi faire ?

conjonctive membrane transparenteproduction de mucus intervenant dans la

formation du liquide lacrymal et lubrificateur de l'œil pour éviter sa dessication

cornéeen-avant de la sclérotique, transparente, zone

périphérique la plus innervée du corps ( 300 x la peau !), sans vaisseaux

«hublot» d’ouverture de la sclérotique

humeur aqueuse liquide transparent constitué à plus de 99% d'eau et qui remplit l'espace situé entre le cristallin et la

cornée exerce une pression avec l'humeur vitrée de

maintien de la forme du globe oculaire

iris à diaphragme

en-avant de la choroïde, pigmenté, circulaire, contractile, percé en son centre d’un orifice de

diamètre variable, la pupille couleur variable en fonction des allèles paternel et maternel reçus (voir 3è) déterminant la nature et

quantité de pigments synthétisée dans ses cellules

diaphragme contrôlant l’entrée quantitative de lumière (analogie appareil photo) : ajuste avec le cristallin la formation de l’image sur la rétine

cristallin voir plus loin les détails

humeur vitrée ou corps vitré gel transparent, formé de 95 % d'eau maintient la rétine en place contre la paroi de

l’œil

rétine voir plus loin les détails

sclérotique

coque de tissu conjonctif fibreux, dense,solide, inextensible chez l’adulte, forme le globe oculaire,

blanche, opaque à la lumière, fine, jaune chez sujet âgé, légèrement vascularisée

d’épaisseur variable avec l’âge, > 1 mm d’épaisseur, utilisable post-mortem, ouverte en avant par la cornée, prolongée en arrière par le

nerf optique.

protection du contenu de l’oeil, maintien la forme du globe (collagène), et les muscles qui s’insèrent sur elle + élasticité de l’oeil (fibres

élastiques)

choroïde enveloppe vascularisée maintien de l’oeil en chambre noire

1

Quelles sont la nature et le rôle du cristallin et de la rétine ?

2/ le tissu cristallin possède des cellules transparentes diapo 2,3,4,4’,4’’

trajet des rayons lumineux : traversée de 5 milieux transparents avant d’atteindre la rétine : 1/ la conjonctive, 2/ la cornée (contenant très peu de cellules et une dizaine de couches de collagène, protéine structurale inextensible, très abondante dans l'organisme et présente dans le milieu intercellulaire) --> 3/ l’humeur aqueuse --> 4/ le cristallin à 10^3 couches cellulaires empilées sur 5 mm --> 5/ le corps vitré ou humeur vitrée Constat : absence de vascularisation et ce contenu cellulaire transparent homogène en sont responsables donc => les rayons ne sont ni dispersés, ni réfléchis, ni absorbés

cristallin = tissu :

- 1/ enveloppé par une membrane acellulaire - 2/ au dessous, à l’avant, à couche de cellules cuboïdes se divisant chez l’individu jeune, repoussant vers l'intérieur les

cellules plus anciennes (migration)

Durant migration, ces cellules en ruban (ou en lames) :

- 1/ s'allongent jusqu'à atteindre les pôles antérieur et postérieur du cristallin puis - 2/ perdent ensuite leur noyau et leurs organites tel que - 3/ ont leur cytoplasme (dans la partie centrale du cristallin) constitué à > 90% de protéines, les cristallines, formant un

gel optiquement très homogène et totalement transparent - 4/ ont pour assurer leurs échanges métaboliques (eau, ions, glucose, déchets) avec les humeurs vitrée et aqueuse, 2

types de canaux, qui assurent aussi l'adhésion cellulaire : les aquaporines qui permettent le passage d'eau et les connexons qui permettent le passage des métabolites et ions diapo 5

cellules du cristallin :

- a/ = jamais remplacées - b/ à pouvoir de division limité dans le temps : de nouvelles cellules se forment et s'ajoutent en périphérie : les divisions

débutent chez l'embryon et cessent vers 20 ans - c/ à longévité exceptionnelle : privées de vaisseaux et d'organites, elles peuvent cependant rester fonctionnelles toute la

vie (> 100 ans) sans suppression ni remplacement !

➱ Rappels de SPC (à distribuer)

3/ le cristallin permet l’accommodation visuelle

a/ modification de son diamètre

muscles ciliaires du corps ciliaire, partie avant de la chroroïde, forment un anneau relié au cristallin par des ligaments suspenseurs (= zonule). diapo 5’,5’’,5’’’

b/ modification de son épaisseur

La distance focale de l'œil est maximale (17 mm pour l'œil humain) quand les muscles ciliaires sont au repos : dans ces conditions, l'œil n'accommode pas et on peut voir des objets situés à une distance maximale appelée punctum remotum, qui est infinie pour un œil normal (œil emmetrope). La distance focale de l'œil est minimale quand les muscles ciliaires sont contractés : l'œil accommode : on peut alors voir nettement des objets situés à une distance minimale = punctum proximum = moins de 25 cm pour un œil normal moyen.

état des muscles ciliaires

diamètre cristallin conséquences

relâchésØ max : ligaments suspenseurs tendus et exercent des tractions

sur le cristallinforme aplatie ↘ pouvoir de convergence =>

accommodation de plus loin

contractés Ø réduit : ligaments suspenseurs détendus : ↘Ø cristallin forme bombée ( car élastique) ↗ pouvoir de convergence =>

vision de plus près

2

Remarque : on parle de "distance focale de l'œil" et non de celle du cristallin car l'œil est un système optique formé de plusieurs milieux convergents (cornée, humeur aqueuse, cristallin, humeur vitrée). En revanche, l'accommodation dépend uniquement du cristallin. PP = Punctum Proximum = faible chez les enfants, ↗ régulièrement avec l'âge Chez les Poissons, le cristallin ne change pas de forme et reste constamment sphérique : l'accommodation se fait par déplacement du cristallin et non pas par déformation diapo 6 http://clemspcreims.free.fr/Simulation/Accommodation.swf

4/ anomalies du cristallin et défauts visuels

https://sites.google.com/a/enplusducours.com/en-plus-du-cours/1ere-l---cours-et-documents : animations 1 & 2 ➱ Le cristallin est l’un des systèmes transparents de l’oeil humain. Il est formé de cellules vivantes qui renouvellent en permanence leur contenu. Les modalités de ce renouvellement sont indispensables à sa transparence. Des anomalies de forme du cristallin expliquent certains défauts de vision. Avec l’âge sa transparence et sa souplesse peuvent être altérées.

B/ La rétine, un tissu photosensible à l’origine de messages nerveux sensitifs ( AP# 2)

Constats :

la myopie l’hypermétropie la presbytie la cataracte l’astigmatie

Si cristallin trop

convergent (distance focale au repos trop courte) :

image d'un objet à l'infini

se forme avant la rétine :

vision de loin perturbée.

Remarque. L'œil myope

peut être aussi trop profond

avec un cristallin

normal. Cela donne le

même résultat.

Si cristallin pas assez

convergent (distance focale

au repos trop grande) : image

d'un objet à l'infini se forme en arrière de la

rétine : l'œil accommode

alors en vision de loin or

l’accommodation a des limites, la vision de près

peut être perturbée.

Remarque. L'œil hypermétrope peut être aussi

trop peu profond avec un cristallin

normal. Cela donne le même

résultat.

Vers 45 ans : cristallin perd peu à peu son pouvoir

d'accommodation : le punctum proximum se rapproche du

punctum remotum. Le sujet doit progressivement éloigner les

textes qu'il lit mais sa vision de loin n'est pas affectée.

Remarques :

- un myope n'aura pas besoin, pendant un certain temps, de corriger sa vision de près qui

était meilleure que la moyenne (par contre sa vision de loin ne

s'améliorera pas)

- dans certains cas, la presbytie révèle une hypermétropie qui, si

elle est légère, peut être compensée par un effort

d'accommodation. Avec l'âge, la capacité d'accommodation

diminuant, l'hypermétropie se révèle. La presbytie est alors

précoce.

conséquence d'une opacification du cristallin

Les cellules en ruban ne possèdent plus ni l'information génétique ni les organites pour

renouveler les cristallines.

avec le temps : accumulation de micro-lésions ainsi que les dommages causés par les rayons UV

ou par diabète = irréversibles : les cristallines finissent par précipiter.

perte de connexons => manque d’adhérence, accumulation de déchets et défauts de transport

de l’eau qui envahit les espaces intercellulaires => détachement les unes des autres => la lumière ne traverse plus librement le cristallin => cataracte (> 1 personne/ 5 > 65 ans, > 1 / 3 à partir de 75 ans

et 2 / 3 après 85 ans).

caractéristiques : baisse de la vue, impression de brouillard, éblouissement à la lumière vive.

cause de près de 40 % des 37 millions d'aveugles dans le monde = 1ère cause de cécité dans le ⅓

monde.

Seul traitement efficace = chirurgie : on enlève le cristallin opaque et on le remplace par un cristallin

artificiel : le pouvoir d'accommodation est perdu mais les prothèses récentes peuvent compenser

ce handicap.

Claude Monet (1840-1926) : peintre impressionniste. diapo 6’, 6’’,7

Installé à Giverny où il crée, en 1890, un jardin d'eau avec le bassin aux nymphéas qu'il peint

plusieurs fois à partir de 1897. quand les 2 yeux du l'artiste sont atteints par la cataracte : les

teintes s'accentuent dans les rouges et les jaunes, les bleus ont tendance à disparaître, les détails

s'estompent

inégales courbures de la

cornée

3

Histoire des Sciences : depuis le XIXè siècle, en mélangeant RVB (Rouge/ Vert/ Bleu) en proportions variables => obtention de toutes les couleurs => théorie trichromatique telle que ∃ 3 types de détecteurs rétiniens (physicien britannique Thomas Young, 1801)

1/ un tissu à 3 types de couches cellulaires

CL rétine humaine x 400 :  (AP # 2), organe sensoriel de l’oeil, membrane tapissant le fond de l’œil, constituée de neurones interconnectés où se forme l’image d’un objet = film, pellicule photo, écran de formation les images des objets observés dans le champ visuel

➱ voir correction en couleurs de la coupe observé en classe : http://lewebpedagogique.com/brefjailuleblogduprofdesvt/files/2015/09/Sans-titre-2.pdf

fiche méthodologique : Comment réussir un dessin d’observation en SVT ? : http://lewebpedagogique.com/brefjailuleblogduprofdesvt/2013/10/14/comment-realiser-un-dessin-dobservation/

1 neurone type : 1 corps cellulaire + prolongements cytoplasmiques (dendrites, axone) : une zone réceptrice (dendrites et corps cellulaire) recevant messages d’autres neurones + région émettrice où élaboration du message (base de l’axone) puis conduction le long de cet axone jusqu’à des contacts avec d’autres neurones (voir plus tard dans le cours, ex de l’action du LSD)     diapo 8, 8’

rétine = tissu à 3 couches cellulaires principales :

condition d’intensité

lumineuse de l’environnement

de l’individu

phénotype visuel de l’individu Hypothèse interprétative

faible on ne distingue pas les couleurs des objets qui, en plus, apparaissent imprécis il existe au niveau de cette plaque

photographique qui impressionne la lumière et qu’est la rétine 2 systèmes : l’un fonctionnant

en faible éclairement, l’autre en fort éclairementforte- on distingue bien les couleurs des objets et

beaucoup mieux les détails qu’en faible éclairement

4

➱ donc la lumière doit traverser 2 couches avant d’atteindre les photorécepteurs et les stimuler : le message nerveux naissant de cette stimulation se propage alors en sens inverse, des photorécepteurs vers les neurones multipolaires logiciel oeil et la vision (P.Perez), menu photorécepteurs quelques chiffres : pour chaque œil humain : rétine = disque de 42 mm Ø, d’épaisseur entre 150 µm au centre de la macula (fovéa) et 400 dans la rétine périphérique, 100 millions de bâtonnets et 6 millions de cônes soit 106 x 10^6 photorécepteurs.

Comment perçoit-on les couleurs ?

2/ les photorécepteurs : les cônes et les bâtonnets diapo 8’’, 9, 9-,9’,9’’s

Activité 2 : 2/ expérience (AP # 3) :

• vision centrale : perception colorée forte, peu de perception de l’intensité lumineuse • vision périphérique : perception colorée faible, perception de l’intensité lumineuse plus importante

remarque : différences de potentiels électriques de part et d’autre de la membrane plasmique = « trains » de signaux ( = potentiels d’action= PA) post absorption des radiations lumineuses par les pigments des photorécepteurs => codage en modulation de fréquence de PA. Le décalage des 2 enregistrements à la surface de la rétine et à la surface du nerf optique indique la propagation du message dans le nerf optique après passage par cellules bipolaires puis ganglionnaires diapo 9’,9’’, 9’’r,9bis

➱ les photorécepteurs traduisent les stimuli visuels lumineux en signaux électriques (PA) à l’origine du message nerveux transporté par le nerf optique (conversion lumineuse => électrique)

Les Vertébrés ont une rétine inversée : les rayons lumineux qui traversent l'œil doivent donc traverser la couche de fibres nerveuses et plusieurs couches cellulaires avant d'atteindre les photorécepteurs (l'épaisseur de la rétine est de 400 µm). Cela est possible car la rétine est transparente. interprétation du graphique Document 3  AP # 2 : 

macula  = tache jaune/ nombre de cônes et de bâtonnets suivant l’angle d’excentricité par rapport à l’axe optique

au centre de l’oeil : axe optique : 1,5 mm diamètre = macula avec fovéa au centre (dépression : que des cônes)

• plus on s’éloigne de la fovéa, plus l’excentricité augmente, la densité en cônes diminue et donc l’acuité visuelle • zone X = point aveugle : départ du nerf optique (voir AP # 2)

∃ 2 types de photorécepteurs : les cônes et les bâtonnets, que l’on distingue au MET (G > 1000) par leur segment externe contenant un grand nombre de disques contenant eux-mêmes un grand nombre des molécules, des photopigments (pigments sensibles à le lumière) : ceux qui l’ont en forme de cône ont été appelés photorécepteurs à cônes et ceux en forme de bâtonnet photorécepteurs à bâtonnets.

couche 1 = photorécepteurs couche 2 = neurones bipolairescouche 3 = neurones

multipolaires = cellules ganglionnaires

structure

cellules réceptrices sensorielles, la plus éloignée du cristallin de la vision cônes et bâtonnets qui contiennent un pigment rétinien protéique, l'opsine (ou

ionopsine, associé au rétinal) = à axones en contact avec les

neurones bipolaires

auxquelles s'ajoutent cellules horizontales + cellules

amacrines, à axones en rapport avec les dendrites et corps

cellulaires des cellules multipolaires (ganglionnaires)

à l'origine des fibres du nerf optique

fonction

seules cellules rétiniennes excitables par la lumière, = lieu de naissance des

messages nerveux

transmettre et sommer les messages reçus des

photorécepteurs vers les cellules multipolaires

acheminer au cerveau le message nerveux généré

par les stimuli visuels à un instant t

5

diapo 9 ter, 9tr, 9tt, 10,10’,10’’,11,11’

Un pigment rétinien est formé de l'association de 2 molécules : l'opsine (protéine enchassée dans la membrane plasmique) et le rétinal (non protéique, synthétisé à partir de la vitamine A).

a/ Représentation moléculaire d'un pigment rétinien

Quand le rétinal absorbe la lumière, sa conformation ( forme en 3D) change ce qui entraîne un changement de celle de l'opsine. Il en résulte une cascade de réactions chimiques conduisant à la transformation du stimulus lumineux en message nerveux conduit par le nerf optique : c'est la phototransduction. Cette situation (état activé) est instable : le rétinal et donc l'opsine reprennent spontanément leur conformation d'origine (état passif).

b/ Spectre d'absorption des photorécepteurs de la rétine

Selon l'opsine, on distingue 4 types de pigments rétiniens absorbant chacun dans une gamme de longueurs d'ondes différente et donc 4 types de photorécepteurs : chaque cellule photoréceptrice ne contient qu'un seul type de pigment, c'est à dire un seul type d'opsine, le rétinal étant identique pour tous les pigments.

Remarque : c'est le rétinal qui absorbe les photons mais la gamme de longueurs d'ondes absorbée dépend de la nature de l'opsine. - Il existe 1 seul type de bâtonnet car ils contiennent tous le même pigment (la rhodopsine) qui absorbe toutes les longueurs d'onde du spectre de la lumière visible (avec cependant un maximum vers 498 nm). Les messages nerveux provenant des bâtonnets sont donc perçus en noir et blanc.

Il existe 3 types de cônes contenant chacun un pigment différent :

- l'opsine S permet l'absorption dans le bleu (maximum d'absorption : 420 nm) S pour Short waves - l'opsine M permet l'absorption dans le vert (maximum d'absorption : 530 nm) M pour Middle waves - l'opsine L permet l'absorption dans le rouge (maximum d'absorption : 560 nm) L pour Long Waves

On qualifie donc les cônes de S, M et L (respectivement bleu (B), vert (V) et rouge (R)) selon l'opsine qu'ils contiennent. Les lettres conventionnelles S, M et L proviennent des mots anglais Short, Medium et Long Wavelenght, qui correspondent respectivement aux courtes, moyennes et grandes longueurs d'ondes.

Les spectres d'absorption des pigments se chevauchent. Pour une longueur d'onde donnée, les 3 types de cônes sont stimulés, mais à différents degrés : cela permet la perception des couleurs intermédiaires. (voir AP # 3 : Logiciel De Visu)

Les bâtonnets permettent la vision crépusculaire : la régénération (retour à l'état stable) de la rhodopsine ne s'opère qu'à l’obscurité. Si une lumière intense persiste, la rhodopsine reste activée et les bâtonnets sont saturés ne peuvent plus fournir de réponse : les cônes prennent alors le relais. Les cônes ont besoin de davantage de lumière que les bâtonnets pour être stimulés et n'interviennent donc pas dans la vision nocturne mais leurs pigments peuvent se régénérer (retour à l'état passif) à la lumière ce qui permet la vision diurne. http://www.sciences-animations.fr/media/media_seul.php?media=26

cônes bâtonnets

structuresegment externe : en forme de cône

segment interne : à organites classiques pigment : opsine R, V ou B

=> cônes R,V et B

segment externe : en forme de bâtonnet segment interne : à organites classiques

pigment : rhodopsine qui absorbe toutes les longueurs d'onde du spectre de la lumière visible et n'interviennent pas dans la vision des couleurs

nombre 6,5 millions / oeil 100 millions / oeil

répartition surtout en zone centrale surtout en zone périphérique

fonction perception colorée pas de perception des couleurs

sensibilitéfonctionnel en éclairement plus important (vision

diurne) : sensibilité bien plus faible => seuil de stimulation élevé

fonctionnel en faible éclairement (vision crépusculaire) : très élevée ( x 1000 celle des

cônes) => seuil de stimulation faible

6

La rétine centrale ou macula (ou tache jaune) est dans l'axe optique et occupe un champ circulaire de 6 mm : les vaisseaux sanguins de la choroïde convergent en un point qui est aussi le point de départ du nerf optique. Le centre de la macula, la fovéa, à l’excentricité nulle, est une dépression de 200 µm de diamètre où s’observe un déplacement latéral des neurones et des fibres nerveuses : seuls y demeurent les photorécepteurs à cônes qui, du fait de la faible épaisseur de la rétine à ce niveau (cônes concentrés moins long que les bâtonnets), reçoivent davantage de lumière. Remarque : on note l'abondance des cellules ganglionnaires au niveau de la macula.

Les fibres nerveuses qui tapissent la face interne de la rétine traversent les enveloppes de l'œil pour former le nerf optique. Cela entraîne l'interruption de la couche de photorécepteurs et marque le point aveugle où il n’y en a pas (pas de cellules photosensibles capteurs de stimuli lumineux à cet endroit => pas de vision possible)

Activité 3 Document 3 (AP # 2)

NB : lutéine (caroténoïde par l’alimentation pour renouveler la tache jaune (fovéa) avec le xanthophylle zéaxanthine) diapo 12,12’,12’’,13’

constat : vision sur les côtés = pas terrible, on a plus tendance à centrer les objets observés en face de nous : pourquoi ?

➱ La discrimination (distinction) des détails en périphérie est imparfaite car des centaines de photorécepteurs sont reliés à 1 seule cellule bipolaire et plusieurs bipolaires à une seule multipolaire : c’est le phénomène de convergence périphérique des réseaux ➱ l’acuité visuelle est beaucoup plus importante en vision centrale (fovéa) qu’en périphérie en raison d’une relation sans convergence : la convergence du réseau nerveux y est beaucoup moins marquée :

• à la fovéa :             1 photorécepteur    ➱   1 neurone bipolaire       ➱ 1 neurone multipolaire • près de la fovéa : 10 photorécepteurs ➱   5 neurones bipolaires   ➱ 1 neurone multipolaire

valeur d’angle (en degrés) zone correspondante rétinienne cellules visuelles

0 fovéa (tache jaune) cônes : densité maximale (160 000.mm-2)

0 à 10 bord de la fovéa moins de cônes, plus de bâtonnets

10 à 20 côté nasal : point aveugle côté temporal

rien cônes peu nombreux, max de bâtonnets ( 160 000.mm-2)

20 à 30rétine périphérique

bâtonnets peu nombreux, cônes nombreux

30 à 70 cônes peu nombreux, bâtonnets peu nombreux

faible éclairement fort éclairement

seuls les bâtonnets sont fonctionnels : le grand nombre de disques de leur segment externe et les

propriétés de leur pigment, la rhodopsine, les rendent 1000 fois plus sensibles à la lumière que les

cônes la rétine périphérique, riche en bâtonnets, est donc la

rétine fonctionnelle en faible éclairement la perception des couleurs est alors impossible, car

les bâtonnets ont un pigment commun, la rhodopsine, qui absorbe les photons avec un

maximum d’absorption à 498 nm tous les bâtonnets stimulés répondent de la même façon aux mêmes longueurs d’onde donc pour une

intensité lumineuse donnée, la réponse d’un bâtonnet, qui dépend du nombre de photons absorbés, est le même pour une radiation de

longueur d’onde de 450 nm (bleu-violet) que de 540 nm (vert-jaune) => pas de discrimination des

couleurs

seuls les cônes sont fonctionnels : il en existe 3 qui différent par leur pigment :

- cônes bleus à opsine «bleue» à absorption max à 437 nm, bleu-violet, pigment S

- cônes verts à opsine «verte» à absorption max à 533 nm, vert, pigment M

- cônes rouges à opsine «rouge» à absorption max à 564 nm, jaune-rouge, pigment L

chaque type de cône ne peut isolément adresser un message spécifique d’une couleur précise : par exemple, un cône va émettre le même message pour des radiations assez peu

intenses qu’il absorbe beaucoup et des radiations plus intenses qu’il absorbe moins (l’absorption photonique sera la même).

Mais un message venant de l’activité de 3 types de cônes sera, indépendamment de l’intensité lumineuse, caractéristique d’une longueur d ‘onde et donc d’une couleur précise : qu’un seul type de cône ou que plusieurs soient concernés, le message résultant

ne sera jamais équivoque.

7

• en périphérie :    200 photorécepteurs ➱ 10 neurones bipolaires  ➱ 1 neurone multipolaire La rétine est une structure complexe qui contient les photorécepteurs, cellules photosensibles et récepteurs sensoriels de la vision. Chez l’homme, elle contient des cônes permettant perception colorée (3 types respectivement sensibles majoritairement au B, V et R) et les bâtonnets sensibles  à Ides intensités lumineuses plus faibles.

La rétine est une structure complexe qui contient les photorécepteurs, cellules photosensibles et récepteurs sensoriels de la vision. Chez l’homme, elle contient des cônes permettant perception colorée (3 types respectivement sensibles majoritairement au B, V et R) et les bâtonnets sensibles  à Ides intensités lumineuses plus faibles.

3/ une chaîne neuronique permet la transmission du message visuel sous forme nerveuse électrique (cf planche)

Les bâtonnets et les cônes communiquent avec les neurones bipolaires qui, à leur tour, communiquent avec les cellules ganglionnaires. Les cellules horizontales et les cellules amacrines assurent une communication latérale (permettent l'intégration de l'information avant son acheminement au cerveau). La rétine ne rediffuse pas l'image, mais la transforme en message nerveux acheminé vers le cerveau par les fibres nerveuses issues des cellules ganglionnaires qui forment le nerf optique. Le message nerveux au sens strict ne nait véritablement qu'à partir des cellules ganglionnaires : il est codé en modulation de fréquence de signaux électriques qu’on appelle des potentiels d’action. Les mécanismes de communication entre les cellules de la rétine sont complexes et hors programme. Le temps nécessaire pour que ces processus chimiques se réalisent est d'environ 45 ms : cela entraîne le phénomène de persistance rétinienne qui fait que 2 images se succédant rapidement apparaissent en continu (principe du cinéma : 24 images.s-1 : 41 ms entre chaque image … et de la télévision). ➱ animation logiciel « l’oeil & la vision»

pathologie du nerf optique : le glaucome maladie dégénérative du nerf optique entraînant une perte progressive de la vision commençant tout d'abord en périphérie et progressant graduellement vers le centre, souvent associée à une pression intra-oculaire (PIO) élevée qui comprime et endommage les fibres du nerf optique et de la rétine. Dans d'autres cas, malgré une PIO normale, une circulation sanguine inadéquate entraîne la mort (nécrose) des cellules du nerf optique et de la rétine. La perte de vision associée au glaucome est permanente et irréversible. Sans traitement, cette maladie peut mener jusqu'à la cécité.

a/ Les champs récepteurs

1953 : Kuffler : observer l’activité électrique de réponses des cellules ganglionnaires à un stimulus lumineux avec une électrode placée dans la rétine, permettant d’avoir accès à son activité électrique. On observe alors les potentiels d’action lors de la stimulation du champ visuel par des points lumineux. résultats: - il existe une zone en dehors de laquelle la cellule ne réagit pas, que l’on appelle le champ récepteur - la réponse est différente à l’allumage ou à l’extinction d’une lumière. On distingue les réponses ON et OFF. La réponse

ON correspond à la détection d’une augmentation de l’intensité lumineuse donc à l’allumage, la voie OFF une diminution à l’extinction. Ces deux grandes voies sont conservées jusqu’au cortex. C’est ce processus qui permet de détecter le contraste

- à la périphérie du champ récepteur, sur une couronne, on a pu observé la réponse opposée à celle de la zone centrale

En moyenne (exception : la fovéa) : chaque cellule bipolaire est reliée à plusieurs bâtonnets ou à plusieurs cônes et chaque cellule ganglionnaire reçoit des informations de plusieurs cellules bipolaires (convergence). Pour 100 x 10^6 photorécepteurs dans chaque rétine, nous possédons seulement 10^6 cellules ganglionnaires (100 fois moins). Tous les bâtonnets et les cônes qui envoient l'information à une même cellule ganglionnaire (via les cellules bipolaires, horizontales et amacrines) forment le champ récepteur (circulaire) de cette cellule. Les cellules ganglionnaires de la fovéa, qui ne contient que des cônes, ont des champs récepteurs beaucoup plus petits que celles de la périphérie, contenant des bâtonnets. Cela a 2 conséquences :

- 1/ l'acuité visuelle (capacité à séparer 2 points) est améliorée à la fovéa de jour car chaque fibre nerveuse du nerf optique concerne une petite surface de réception photosensible

- 2/ la sensibilité de la rétine périphérique est améliorée de nuit car les stimulations de chacun des bâtonnets reliés à une même fibre nerveuse s'additionnent : on parle de sommation spatiale.

Il y a davantage de cellules ganglionnaires à la fovéa. Le pouvoir séparateur est la valeur limite de l'angle permettant de séparer 2 points : chez l'Homme, il est de 1 minute : il est quantifié par son inverse : l'acuité visuelle. Chez l'Homme, l'acuité visuelle moyenne est de 10/10e ce qui correspond à la séparation de 2 points sur la rétine d'environ 5 µm (il est donc possible d'avoir une acuité visuelle supérieure à 10/10e ). Un faucon possède 1 000 000 cellules.mm2 de fovéa, son acuité visuelle est 8 fois supérieure à la nôtre. Il possède de plus 2 fovéas dans chaque œil : l'une reçoit la lumière de front, l'autre la reçoit de dessous. En vol, le faucon voit en même temps ce qui se passe devant lui et ce qui se passe au dessous. Il peut ainsi diriger sont vol et repérer en même temps une proie au sol.

Comment peut-on évaluer le champ visuel ? Activité 3 AP # 3

8

b/ l’acuité visuelle de la rétine

acuité visuelle : capacité à discerner un petit objet (= optotype) situé le plus loin possible  = maximale au niveau de la fovéa (à condition que l'éclairement soit suffisant). => lors d'une activité de précision comme la lecture, le sujet recherche le bon éclairement et bouge sans arrêt les yeux de manière à diriger les fovéas des 2 yeux vers les caractères regardés.

remarques : durant examen ophtalmologique : acuité visuelle se mesure de loin, de près ou à une distance IR selon les besoins et les possibilités.

pouvoir séparateur de l'œil = faculté à discerner 2 points distincts (donc avant de ne plus en voir qu'un seul) = directement en rapport avec la qualité des récepteurs visuels de la rétine et surtout des bâtonnets. (un peu comme la qualité de finesse du grain d'une pellicule photographique).

fonctionnement correct des cônes cependant très important : personnes atteintes d'achromatopsie congénitale, où cônes ne fonctionnent pas, acuité visuelle comprise entre 1/20 et 2/105), faible ! = acuité visuelle nocturne

acuité visuelle = f(optotype : (lettres, chiffres, dessins d'objets, anneaux ouverts de Landolt, E orientés, etc.)

pour une même taille d'optotypes, parfois des surprises : A reconnu mais pas une maison dessinée

Chez l'enfant avant l'âge de la parole : mesure l'acuité visuelle en présentant à l'enfant des mires de plus en plus fines : regard = attiré si et seulement si les mires sont visibles.

Comment peut-on évaluer le champ visuel ?

Activité 3 AP # 3

4/ anomalies de la vision

exercice DMLA : hachette p 246 (DM) diapo 14’,14’’ exercice daltonisme : doc 3 p 309 diapo 15 + test d’Ishiara anomalies : un dysfonctionnement des cônes confirme ce qu’on vient de voir concernant la perception colorée :

9

1/ ci-contre

2/ la perception colorée est maximale en vision centrale remarque : 1 champ pour chacune des 3 couleurs B > R > V

3/ pas de vision colorée en vision périphérique

4/ les photorécepteurs sensibles aux couleurs sont les cônes sur la rétine centrale : les photorécepteurs sensibles à l’intensité lumineuse sont les bâtonnets sur la rétine périphérique remarque : dilatation de la pupille la nuit au contraire de la fermeture de la pupille le jour

1/ sensibilité des bâtonnets aux faibles éclairements > celle des cônes (spectre visible lumière blanche 400 à 800 nm) 2/ 1 & 2 : 3 types de cônes selon leur sensibilité aux différentes longueurs d’onde

ils absorbent toutes les radiations :

- 1er groupe de réponse max : 550 - 700 nm = pour les radiations rouges (10^3 lux, max : 580 nm) - 2è groupe réponse max : 500-600 nm (10^3 lux, max : 550 nm) - 3è groupe : réponse max : 400 - 500 nm (10^4 lux, max : 450 nm) pour les radiations bleues

comme champ visuel = 3 champs différents la perception des teintes IR résulte de la somme,de 2 voir 3 types de cônes

un seul type de bâtonnet avec une sensibilité min > 0 aux cônes (1 lux) max sensibilité à 500 nm ils sont précieux en vision crépusculaire car eux seuls peuvent être stimulés par faibles éclairements

Le système cristallin / rétine induit une perception nette et transmet au cerveau des informations nerveuses concernant les images et objets perçus dans le champ visuel de l’individu.

C/ Les photorécepteurs, des cellules produits de l’évolution AP # 3

Le daltonisme se manifeste par des perturbations de la vision des couleurs Cause : est lié à une ou plusieurs mutations sur les gènes des pigments rétiniens des cônes ce qui entraîne la défaillance dans la sensibilité à des longueurs d'ondes particulières (on compte 100 x 10^6 photopigment / type de photorécepteur (cône ou bâtonnet) Conséquences : cela se traduit par des perturbations de la vision des couleurs. Dans certains cas, des 3 types de cônes est déficient, la perception des couleurs est imparfaite, on parle alors de daltonisme ( du nom du chimiste anglais John Dalton 1766-1884, lui-même atteint de cette anomalie ). En Europe, on estime que le daltonisme touche, à des degrés divers, 8 % des hommes et 0,4 % des femmes soit x16 chez hommes, ce qui signifie que pas mal d’allèles sont sur X. La forme la plus courante de daltonisme entraîne des confusions entre des couleurs comme le vert et le rouge par exemple. Dans les formes les plus aiguës de l'anomalie, la vision en couleur n'existe pas, le monde est uniquement perçu en nuances de gris (noir et blanc).

1/ les gènes des opsines : une famille multigénique

L'Homme et les singes de l'ancien monde (Afrique, Asie et Europe) possèdent 3 gènes différents codant trois opsines différentes responsables de la vision des couleurs : S (sur le chromosome 7) ; M et L (sur le chromosome X). Ils sont trichromates. Les singes du nouveau monde (Amérique) possèdent le gène S (sur le chromosome 7) et un seul gène (sur le chromosome X) dont il existe plusieurs allèles codant pour une opsine qui absorbe soit dans le rouge soit dans le vert. Ils sont dichromates comme la plupart des Mammifères. Remarque : Les mâles (XY) des singes du nouveau monde sont forcément dichromates, mais les femelles (XX) peuvent être trichromates si elles possèdent deux allèles différents sur chacun de leurs deux chromosomes X, l'un codant une opsine absorbant dans le rouge et l'autre codant une opsine absobant dans le vert. Les gènes des opsines sont portés par les chromosomes 3 (opsine des bâtonnets), 7 (opsine S) et X (opsines M et L). Ils constituent une famille multigénique car ils dérivent tous d'un même gène ancestral par duplications géniques, transpositions et mutations indépendantes successives. Cela explique qu'ils aient conservé une séquence de nucléotides voisine et donc que la séquence des acides aminés des différentes opsines le soit également (plus de 20% de similitudes). diapo 16, 17,17’

2/ leur étude place l’Homme parmi les Primates

a/ Comparaison de la séquence de l'opsine S chez quelques primates avec Phylogène

La matrice des différences (en %) est un tableau à double entrée indiquant ici le nombre de différences en pourcentage dans la séquence des acides aminés de l'opsine S pour les espèces prises 2 à 2. Principe de construction d'une arbre de parenté à partir de données moléculaires - 2 espèces qui présentent une même nouveauté évolutive l'ont hérité d'un ancêtre commun chez qui l'innovation est apparue. - pour 2 espèces données, possédant une même protéine (protéines homologues), plus le nombre de différences dans la séquence des acides aminés est important, plus le nombre de mutations du gène codant cette protéine est important, plus l'ancêtre commun aux deux espèces est éloigné dans le temps. Dans un arbre de parenté (= arbre phylogénétique), chaque nœud correspond à un ancêtre commun et chaque extrémité de branche à un organisme (actuel ou fossile).

b/ Arbre de parenté des primates construit par comparaison des opsines S

L'Homme, le Chimpanzé et le Bonobo sont le plus étroitement apparentés car ils ont l'ancêtre commun le plus récent. L'Homme est plus proche des singes de l'ancien monde (Afrique, Asie et Europe) que de ceux du nouveau monde (Amérique). Comme l'Homme, les singes de l'ancien monde (d'Afrique et d'Asie) sont trichromates car ils possèdent les opsines S, M et L. Ceux du nouveau monde (Amérique) sont dichromates, ont 2 opsines permettant la vision des couleurs

absence totale de cônes (achromatie)

absence de cônes verts et rouges

(monochromatie)absence de cônes

bleusdaltonisme plus fréquent (John Dalton, anglais, atteint, 1ère description, 1794)

absence de vision colorée + vision peu

précise avec uniquement recours

à la vision périphérique

rétinienne

meilleure perception des détails + netteté en fort

éclairement mais perception colorée non

assurée (un seul type de cônes fonctionnel)

affection très rare empêche la perception

colorée violet/bleu/vert du

spectre

absence de cônes verts ou rouges, tous 2 actifs dans des régions proches du spectre =>

impossibilité à distinguer les verts, jaunes, orangés, rouges, tous apparaissant en teintes jaunes, plus ou moins délavée : aucun daltonien ne confond

exactement les mêmes couleurs mais en général le rouge et le vert sont affectés

10

(l'une sensible au bleu et l'autre sensible soit au rouge, soit au vert). Quand des espèces partagent une même nouveauté évolutive, elles l'ont hérité d'un ancêtre commun qui leur est propre. L'ancêtre commun à l'Homme et aux Singes de l'ancien monde est donc plus récent que leur ancêtre commun avec les Singes du nouveau monde avec qui nous partageons d'autres nouveautés évolutives des Primates. Plus le nombre de différences dans la séquence des gènes des opsines (ou dans celle de ses acides aminés) est faible pour 2 espèces plus elles sont apparentées. Cela permet de préciser la place de l'Homme parmi les Primates trichromates. L'Homme est ainsi plus proche du Chimpanzé que du Gorille, lui même plus proche de l'Homme que le Macaque. diapo 18,19,20,21,22

Comment la perception visuelle s’élabore-t-elle ?

II / L’ORGANE CERVEAU DANS LA FONCTION « VISION » : AIRES CEREBRALES & PLASTICITE

Comment voir une image en relief ? Pourquoi 2 individus ne perçoivent pas exactement l’environnement de la même manière ? Comment comprendre une image ?

A/ Les aires cérébrales permettent une représentation mentale des stimuli visuels captés : le rôle du génome et de l’environnement dans la perception visuelle

1/ les nerfs optiques, des organes véhiculant les messages nerveux visuels au cerveau

Après les globes oculaires , les fibres nerveuses, issues des cellules ganglionnaires de la rétine, forment 2 nerfs optiques qui se croisent au niveau du chiasma optique en arrivant dans le cerveau. diapo 23 + CT à voir + 24

2/ le traitement des messages : les voies visuelles diapo 25,25’, 26, 26’’ AP # 4

http://geobiodidac.free.fr/enseignants/cours%201L/voies%20visuelles/Animation1.gif correction AP # 4

Au delà du chiasma (le « X »), les voies optiques se poursuivent par le tractus dans chacun des 2 hémisphères et aboutissent au niveau du cortex visuel primaire (dit V1) qui se situe dans la profondeur du lobe occipital. Cas clinique : chez un patient ayant perdu la vue par suite d’une hémorragie cérébrale révélée par la zone sombre à l’IRM, à l'arrière du cerveau (flèche) : la zone touchée correspond à l'aire visuelle primaire (aire V1) : le reste du cortex et les yeux continuent de fonctionner. diapo 27 Le chiasma permet aux fibres conduisant les messages nerveux provenant de la partie gauche du champ visuel de chaque œil de se diriger vers l'hémisphère droit du cerveau et à celles conduisant les messages nerveux provenant de la partie droite du champ visuel de chaque œil de se diriger vers l'hémisphère gauche (60% des fibres croisent au niveau du chiasma et 40% continuent du même côté). diapo 28 + fiche annexe TEP / IRM + 28’

fin du XIXème siècle : le psychiatre allemand Paul Emil Flechsig : certaines régions du cerveau (dont V1) étaient totalement développées à la naissance, alors que d'autres (entourant V1) continuaient de se développer, comme si leur maturation nécessitaient une certaine expérience => l'aire V1 est "le lieu d'entrée des radiations visuelles dans l'organe de l'esprit" et les régions alentours sont les régions des fonctions psychiques supérieures en rapport avec la vue

Ce minimum d'efficience visuelle innée est indispensable pour que le bébé, lors de conditions visuelles précises (comme la vue du visage de sa mère au moment de l'allaitement), puisse "prendre goût" au fait de regarder, et qu'ainsi, la prise du plaisir lors de l'acte de regarder le pousse à essayer de regarder encore et encore : le développement de la perception visuelle de l'enfant sera conditionnée par la maturation de l'appareil visuel et l'ensemble du développement sensori-moteur du bébé puis du jeune enfant.

http://www.youtube.com/watch?v=L644mr1p75c

principe de l’IRM : http://www.youtube.com/watch?v=9PHUweuoZfI

a/ Reconnaissance visuelle des mots diapo 28’’

L'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) permet de mesurer l'augmentation du débit sanguin dans un tissu en relation avec son activité biologique : cette technique est basée sur le fait que l'hémoglobine du sang perturbe la résonance magnétique des noyaux d'hydrogène de son voisinage, perturbation qui dépend de la charge de l'hémoglobine en 02(g). Quand l'organe s'active, le débit Ds du sang oxygéné augmente et entraîne la modification du signal de résonance => ce sont les Δ∆ Ds qui sont interprétées = Δ∆ activités

b/ Aires corticales activées lors d'une tâche sensorielle de vision des couleurs (IRMf) diapo 29

Une aire visuelle spécialisée dans la perception des formes et des couleurs (aire V4) est située au niveau du lobe occipital. EduAnatomist (individu 131331)

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c/ Aires corticales activées lors d'une tâche sensorielle de vision des mouvements (IRMf) diapo 30

On met en évidence l'aire visuelle spécialisée dans la perception des mouvements (aire V5) située au niveau de la région temporo-occipitale. EduAnatomist (individu 131331) Les aires fonctionnelles visuelles impliquées dans la vision des mouvements sont donc distinctes des aires impliquées dans la vision des couleurs.

3/ la complémentarité vision / mémoire

a/ Activité corticale lors de la reconnaissance d'un texte diapo 31

La zone de reconnaissance des mots est d'autant plus activée que les lettres sont connues, fréquentes, associables et correspondent à un mot réel.

b/ Perception visuelle et interprétation diapo 32,33 Chez un lecteur entraîné un mot est analysé dans son ensemble, comme une entité, et non syllabe par syllabe ou lettre par lettre. Ce n'est pas le cas chez un enfant qui apprend à lire. Le temps nécessaire à l'identification de la couleur est beaucoup plus long lorsque le mot est incongruent (le mot "bleu" écrit en "rouge") que lorsque le mot est congruent (le mot "rouge" écrit en rouge) ou neutre (le mot "lion" écrit en rouge). Il existe un effet d'interférence (effet Stroop) provoqué par la lecture automatique du mot.

c/ Reconnaissance d'un visage (IRMf) diapo 34

La présentation d'une image brouillée entraîne une tentative de reconnaissance par le cortex occipital, la mémoire ne peut pas intervenir. La présentation d'un visage inconnu entraîne l'activation d'une aire associative, pour un visage connu une aire frontale intervient dans sa reconnaissance. Il n'existe pas d'aire spécifique de LA mémoire car d'une part il existe de multiples formes de mémoire (texte, visage, conduite automobile, événements...) et, d'autre part, les aires qui interviennent dans la mémoire ont aussi d'autres fonctions. Le cortex visuel primaire (aire V1 en 1 et 2 ) reçoit les fibres nerveuses en provenance de la rétine et communique notamment avec le cortex visuel secondaire (aire V2). L’analyse des stimulus visuels se poursuit ensuite dans de nombreuses autres aires visuelles tertiaires ou aires associatives (V3, V4, V5 (ou MT), PO, etc.). Il existe deux grands systèmes de traitement de l'information visuelle : la voie ventrale qui s’étend vers le lobe inférotemporal et serait impliquée dans la reconnaissance (forme, couleur...) des objets d'une part (voie du "quoi") et la voie dorsale qui se projette vers le lobe pariétal et serait essentielle à la localisation des objets (voie du "où"). diapo 35,36,37,38

4/ des molécules perturbent la fonction « vision »

L'ergotisme (est une très grave intoxication due à l'ergot du seigle qui est un champignon parasite des céréales contenant naturellement de l'ergotamine). Celle-ci provoque notamment des convulsions et des hallucinations car elle perturbe la transmission du message nerveux entre 2 neurones successifs au niveau cérébral (cf : la tentation selon St Antoine, Bosch) diapo 39

Le LSD (de l'allemand Lysergesäurediethylamid) est une drogue hallucinogène obtenue par synthèse à partir de l'acide lysergique voisin de l'ergotamine. Les perturbations visuelles provoquées par les dogues hallucinogènes comme le LSD, ont déclenché, dans les années 1960 un courant artistique : le psychédélisme qui s'inspire des perceptions sensorielles (visuelles et auditives) ressenties sous l'effet des drogues hallucinogènes. diapo 40

a/ notion de synapse diapo 41 AP # 5

organisation (MET) : A : au repos // B : quand existence d’un message nerveux diapo 42 AP # 5

D'un neurone à l'autre : transmission du message nerveux par l'intermédiaire de zones de quelques dizaines nm = synapses. Lors de l'arrivée d'un message nerveux à l'extrémité du neurone présynaptique, les vésicules de neurotransmetteur déversent une partie de leur contenu dans l'espace synaptique. Le neurotransmetteur se fixe alors sur des récepteurs spécifiques portés par le neurone postsynaptique : cela peut déclencher la naissance d'un nouveau message nerveux. La fixation du neurotransmetteur sur le récepteur se fait par complémentarité de conformation. Toutes substances psychotropes agissent au niveau synaptique en provoquant soit l'accumulation, soit l'élimination d'un neurotransmetteur, soit encore en mimant son action ou en l'inhibant. La sérotonine est l'un des nombreux neurotransmetteurs ; elle intervient dans diverses fonctions cérébrales (perception sensorielle, humeur, émotivité, sommeil...) : la partie de la molécule qui se fixe sur le récepteur a une conformation semblable à celle d'une partie de la molécule de LSD. Les 2 molécules peuvent se fixer sur le même récepteur. diapo 43 http://www.biologieenflash.net/animation.php?ref=bio-0033-2 http://www.mind.ilstu.edu/flash/synapse_1.swf

b/ Activation des récepteurs à la sérotonine (IRMf)

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diapo 44

Les tons froids correspondent à une activité faible, les tons chauds à une activité forte. Les récepteurs spécifiques de la sérotonine sont largement répartis dans le cerveau (à gauche). Leur activité est augmentée par la consommation de LSD (à droite). On retrouve notamment le LSD dans les corps genouillés latéraux (CGL), principale zone de relais synaptique entre la rétine et le cortex visuel. Les molécules de LSD se fixent sur les récepteurs de la sérotonine, cela déclenche des messages nerveux sans qu'aucune stimulation n'ait eu lieu.

c/ action du LSD diapo 45, 46, 47 (planche ), 48

prise de LSD ➱ hallucinations visuelles et auditives + vertiges, vomissements, troubles respiratoires et locomoteurs. prises répétées : ➱ ↘ renouvellement R sérotonine sur les membranes des neurones postsynaptiques + peut causer troubles psychiatriques durables dès 1ère prise (états dépressifs, phobies, sensations d'angoisse et même des tentatives de suicide) effet LSD ↘ peu à peu = accoutumance ➱ pour effet constant : ↗ doses http://www.youtube.com/watch?v=A7ggxygLL0I http://www.youtube.com/watch?v=Ku24ICS_ePU

autres psychotropes : quelques effets

Tous les psychotropes agissent au niveau synaptique en provoquant l'accumulation ou l'élimination d'un neurotransmetteur, en mimant son action ou en l'inhibant.

B/ La plasticité cérébrale est liée aux expériences individuelles

Le développement de la fonction visuelle s'initie, à la naissance, à partir d'un «pré-cablage», permettant ainsi au nouveau-né d'associer très précocement à ses premières perceptions visuelles, des affects agréables.

1/ quand ? : le cortex visuel s’organise pendant le développement embryonnaire et post-natal

développement = ∑ transformations par lesquelles passe un être vivant pluricellulaire depuis la fécondation jusqu'à la maturité sexuelle (à ne pas confondre avec la croissance).

a/ Organisation du cortex visuel primaire (chez le singe) diapo 49

Les fibres nerveuses conduisant les messages en provenance de la rétine forment une série alternée de bandes claires (car marquées pour l'œil gauche) et sombres (car non marquées pour l'œil droit), d'environ 0,5 mm de large chez le macaque, correspondant à chacun des 2 yeux et appelés colonnes de dominance oculaire (image de gauche) - injection dans l'œil gauche un traceur radioactif transporté de neurone en neurone jusqu'au cortex primaire qui est ensuite observé par autoradiographie - même expérience est réalisée sur un singe à œil droit suturé entre l'âge de 2 jours et 18 mois (image de droite). Constat : les colonnes correspondant à l'œil gauche se sont élargies au détriment de celles correspondant à l'œil droit.

b/ Expérience individuelle et maturation du cortex visuel chez le chat diapo 50

psylocine (dans les champignons hallucinogènes ) ecstasy (psychotrope de synthèse contenant le NMDA) éthanol (des alcools)

mode d'action voisin du LSD. effets : induit des distorsions visuelles ou auditives, provoque des visions extraordinairement colorées, en mouvements kaléidoscopiques où l'usager se perd dans un monde imaginaire. Les champignons à psilocybine peuvent causer des accidents psychiatriques graves et durables, parfois dès 1ère prise => = « syndrome post-hallucinatoire persistant » (bad trip), à savoir angoisses, phobies, état confusionnel, dépression voire bouffées délirantes aiguës

drogue de synthèse à, entre autres, effets hallucinogènes n'agit pas en mimant les effets de la sérotonine, mais favorise, sa libération et empêche sa recapture par le neurone présynaptique => s'accumule dans la fente => agit davantage sur le neurone postsynaptique.

amphétamines + cocaïne agissent de manière comparable avec d'autres neurotransmetteurs

Même en dessous du seuil toléré, l'alcool perturbe la vision par une mauvaise appréciation des distances et une diminution de l'étendue du champ de vision. Le cannabis a, entre autres, des effets comparables.

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c/ Réaffectation du cortex visuel chez l'Homme

Lorsqu'un voyant lit du braille les yeux bandés, son cortex visuel ne réagit pas, mais la même tâche effectuée par un non-voyant depuis ses 3 ans et entraîné à la lecture du braille mobilise les aires visuelles pour une sensation tactile.

2/ quoi ? : la plasticité cérébrale permet l'apprentissage et la mémoire

La perception visuelle est une création cérébrale venant de l’activité d’un grand nombre d’aires cérébrales spécialisées communiquant entre elles : notre façon de voir = f (construction personnelle du cerveau).

Quelle est la part du génome dans la construction du système visuel ? La part environnementale ?

constats : chez le singe macaque : l’organisation du système visuel est identique à celle de l’Homme : entrée des informations au niveau d’une aire visuelle primaire située dans le cortex occipital, existence de 2 grandes voies de traitement des messages visuels avec les mêmes aires spécialisées, agencées de la même manière et même si le cortex visuel est plus développé chez l’Homme, l’architecture reste la même. ➱ cela montre un déterminisme génétique de la construction globale du système visuel, héritage de l’ancêtre commun à tous les Primates.

a/ apprentissage et plasticité chez l’adulte (IRMf) diapo 51,52

constats : chez l’Homme : chez des aveugles de naissance, ayant appris à lire le braille, des études d’imagerie cérébrale ont montré une activation du cortex visuel, notamment de l’aire visuelle primaire, au cours d’un exercice de lecture. Par cet apprentissage, le cortex visuel, qui normalement traite les messages nerveux issus de la rétine, traite les messages tactiles issus des doigts : on a même mis en évidence une représentation des doigts dans le cortex visuel de ces aveugles lecteurs de braille : ➱ cela traduit des possibilités de réorganisation des réseaux neuronaux cérébraux à la suite d’un apprentissage : c’est la plasticité cérébrale, notamment à l’oeuvre lors de l’apprentissage de la lecture. 2 groupes de volontaires voyants sont entraînés à lire le braille de manière intensive pendant 5 jours. Un groupe porte en permanence un bandeau (jour 1) privant de toute stimulation visuelle, l'autre non. Le groupe ayant les yeux bandés apprend beaucoup plus vite le braille que l'autre. L'IRMf montre que cette capacité repose sur la reconversion des aires visuelles (jour 5) mais que celle-ci disparaît rapidement lorsque le sujets retrouvent la vue (jour 6).

b/ La plasticité neuronale diapo 53, 54, 55

Parmi les aires du cortex temporal impliquées dans la reconnaissance des objets, une = spécialisée dans reconnaissance mots + lettres = aire de la forme visuelle des mots : toutes les personnes sachant lire possèdent une seul région de la forme visuelle des mots dans le lobe temporal gauche. L’imagerie cérébrale révèle une intense activation de l’aire de la forme visuelle des mots au cours de la lecture, alors qu’il n’y en a pas lorsque les personnes entendent les mêmes mots. Des cas cliniques montrent les conséquences d’une lésion de cette zone du cortex : plus d’identification des lettres et des mots alors qu’elle savait lire avant. Mais le langage oral est intact, l’écriture intacte (sans pouvoir lire ce qu’il a écrit). la reconnaissance des visages et des objets est largement conservée : le patient est «aveugle» uniquement aux lettres et mots. Plusieurs aires sont impliquées dans le langage dans le lobe temporal et le lobe frontal, connectées les unes au x autres avec en gros 2 grand s systèmes : le premier intervenant dans la conversion des lettres en sons, le second à analyser le sens des mots : les aires de ces 2 systèmes ne sont pas spécifiques à la lecture car intervenant en 1er lieu dans le traitement du langage parlé. L’aire de la forme visuelle, goulot d’étranglement, distribue les informations qu’elle traite sur les lettres et les mots à de nombreuses aires de l’hémisphère gauche selon 2 grands systèmes fonctionnant en parallèle, l’un convertissant lettres et mots en sons, l’autre en retrouve le sens. Apprendre à lire revient donc à :

constats interprétation

témoin

Les neurones de la classe 1 sont exclusivement stimulés par l'œil droit, ceux de la classe 7 sont exclusivement stimulés par l'œil gauche, ceux de la classe 4 sont indifféremment stimulés par les deux yeux tandis que les autres sont surtout stimulés par l'œil droit (classes 2 et 3) ou par l'œil gauche (5 et 6). La classe 00 correspond à des neurones qui ne peuvent être stimulés par aucun œil. ∃ période critique dans développement

cortex visuel au cours de laquelle des circuits nerveux se mettent en place (connexions interneuronales )expérience 1

Occlusion de l'œil droit entre l'ouverture des yeux (1 semaine) et 2,5 mois. La mesure est réalisée à 38 mois. La cécité corticale de l'œil droit est définitive alors que l'œil fonctionne (= amblyopie).

expérience 2Occlusion de l'œil droit entre 12 et 38 mois (le chat est adulte à 6 mois). Après l'expérience, la vision binoculaire normale se réinstalle rapidement.

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- créer une représentation visuelle des mots écrits dans l’aire de la forme visuelle des mots - mettre en connexion cette aire, voie d’entrée visuelle, avec celles du langage codant pour le son et le sens Constats : l’universalité des régions impliquées dans la lecture pose le problème de la façon dont notre cerveau acquiert des circuits spécialisés : puisqu’elle existe chez tous les lecteurs, on pourrait penser à un déterminisme génétique de l’aire de la reconnaissance des lettres et mots : mais c’est impossible !! En effet, l’écriture et donc la lecture est une invention de - 5000 ans, alors que les 1ers Homo Sapiens vivaient il y a 200 000 ans environ : des innovations génétiques d’il y a 5000 ans n’ont pu se répandre partout en si peu de temps dans toutes les populations humaines du Globe. L’imagerie cérébrale a montré que chez les analphabètes l’aire visuelle de reconnaissance des mots n’est pas activée lors de la présentation des lettre et des mots mais l’est pour la présentation des visages : dans cette région, au cours de l’apprentissage de la lecture, la «réponse» aux visages diminue à mesure que la compétence de lecture augmente donc au cours d’un apprentissage de la lecture, il y a une véritable réorganisation de cette zone corticale un recyclage des synapses et des réseaux neuroniques : les réseaux actifs lors de la représentation des visages deviennent actifs lors de la présentation des mots : c’est un exemple de plasticité cérébrale montrant l’impact très important de l’éducation sur le cerveau humain : cette réorganisation cérébrale se produit aussi chez ceux qui apprennent à lire plus tard : même si plus forte durant l’enfance, elle persiste chez l’adulte. Elle n’intervient pas seulement dans la mise en place de l’aire visuelle des mots : l’existence d’aires cérébrales impliquées dans la reconnaissance spécifique des objets et en particulier des visages est un héritage de notre histoire évolutive que nous partageons avec les autres grands Singes : elle est dans notre génome. mais les capacités de réorganisation de cette aire, ont fait que, chez l’Homme au cortex particulièrement développé les réseaux neuroniques traitant les caractéristiques des visages se sont spécialisées dans l’analyse des mots : la mémoire génétique a permis une mémoire individuelle, grâce à la plasticité cérébrale : chaque neurone du cortex établit environ 10 000 connexions synaptiques avec d'autres neurones. Lors d'un apprentissage, de nouvelles synapses s'établissent entre les neurones du cortex, d'autres pouvant disparaître : ces modifications des réseaux neuronaux dans le cerveau, c’est cela, la plasticité cérébrale. L'étude du système visuel est une tâche philosophique car elle impose de chercher comment le cerveau obtient une connaissance du monde extérieur or ce dernier ne dispose que des stimuli visuels, éléments d'information instables. Ainsi les longueurs d'ondes réfléchies par les objets changent en fonction de l'éclairement et pourtant le cerveau leur associe toujours la même couleur, l'image rétinienne de la main d'une personne en mouvement change sans cesse et pourtant le cerveau reconnait toujours une main, l'image d'un objet varie avec la distance et pourtant le cerveau évalue la taille réelle de l'objet...Le cerveau parvient aussi à extraire les caractéristiques invariables des objets d'un flot d'informations diverses qui proviennent de ces objets et changent perpétuellement. L'interprétation est indissociable de la sensation visuelle. Le cerveau ne se limite pas à l'analyse des images projetées sur la rétine, il construit activement une représentation du monde visuel. C'est alors que nous avons une PERCEPTION VISUELLE du monde. ➱ texte JP Changeux à distribuer

La mise en place du phénotype fonctionnel du système cérébral impliqué dans la vision repose à la fois sur :

- des structures cérébrales innées (anatomie et histologie du cerveau (fissuration, scissures, circonvolutions, nature et position des neurones), sous contrôle génétique, issues de l'évolution et communes à tous les individus de l'espèce

- la propriété de neurones à modifier leurs connections synaptiques ce qui entraîne une modification des réseaux neuronaux tout au long de l'histoire personnelle : c'est la plasticité cérébrale. La plasticité cérébrale est particulièrement active au cours du développement mais, dans une moindre mesure, elle se poursuit ensuite tout au long de la vie. La sollicitation répétée des mêmes circuits neuroniques permet notamment la mise en mémoire nécessaire à la reconnaissance des formes ou d'un mot, l'apprentissage, ainsi que la possibilité de compenser une lésion. Le cerveau est un système dynamique, en perpétuelle reconfiguration.

Dans le cerveau, le message nerveux visuel parvient tout d'abord au cortex visuel sur le lobe occipital (arrière de tête), avant d'être interprété grâce à la collaboration entre les fonctions visuelles et la mémoire. La représentation visuelle peut être perturbée par certaines substances comme le LSD. La vision du monde varie donc en fonction :

- de l’individu : daltonisme, perception de tableaux : si l'organisation du cerveau est commandée par l'information génétique, la plasticité cérébrale fait du cerveau un système dynamique qui permet en permanence l'apprentissage et la mise en mémoire : cette variabilité fait que chaque cerveau est unique

- de l’espèce : organisation cérébrale génétique et répartition en cônes et photorécepteurs rétiniens

- de l’âge de la vie ( vieillissement du cristallin - et pourquoi pas faire des recherches sur la vision des bébés)

- La rétine convertit donc le monde du champ visuel perçu à un instant t en un ensemble de signaux électriques transmis au cerveau. Nos neurones traitent et interprètent ces signaux électriques au niveau d’aires spécialisées visuelles : c’est ce que nous appelons voir.

http://www.universcience.tv/video-plasticite-du-cerveau-605.html

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http://www.discip.crdp.ac-caen.fr/svt/pages/lycee/premieres/1l/vision/choixVision.htm

http://www.youtube.com/watch?v=uoTrhX71HTw http://www.youtube.com/watch?v=-zegc9M9AJc http://www.youtube.com/watch?v=lNYaEIum6nE http://www.youtube.com/watch?v=L644mr1p75c

principe de l’IRM : http://www.youtube.com/watch?v=9PHUweuoZfI

Ouverture Métiers : opticien, orthoptiste ; ophtalmologue (ouverture sur chirurgie de l’oeil)

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