perception visuelle - Hachette

Dans les régions polaires, il est possible
d’observer des images surprenantes par
effet de mirage.
PERCEPTION VISUELLE
●
Comment peut-on expliquer
ce phénomène ?
La perception visuelle est le résultat d’un traitement complexe
d’informations. Du monde observé l’œil forme une image rétinienne.
Les informations qui résultent de cette image sont transmises
au cerveau qui construit alors une image mentale.
À chacun sa représentation visuelle du monde, mais celle-ci est-elle
fidèle à la réalité ?
‘‘
‘‘
Quelle barre est la plus longue ?
Elles sont, en fait, de même longueur.
●
« Ce que nous voyons n’est
qu’apparence. L’art ne reproduit
pas le visible, mais le rend visible. »
P. Klee, peintre suisse
(1879-1940).
Peut-on expliquer cette illusion ?
L’illusion de Ponzo.
Salvador Dali,
par Man Ray, 1940,
peintre espagnol
(1904-1989).
●
Comment cette animation
a-t-elle été réalisée ?
Image extraite du film d’animation
Chicken Run, par Nick Park
et Peter Lord, 2000.
Marché d’esclaves où disparaît le buste de Voltaire,
par Salvador Dali, 1940, museum Cleveland, Ohio.
54
●
Que montre ce tableau ? des esclaves et des
religieuses ou le buste de Voltaire ?
●
Le titre du tableau entretient l’ambiguïté.
Comment expliquer cette énigme ?
❯ Comment est assuré le traitement des messages visuels dans le cortex cérébral ?
❯ Peut-on expliquer les illusions d’optique ?
CHAPITRE 5 • PERCEPTION VISUELLE
55
c. La propagation de la lumière dans un milieu non homogène
Perceptions visuelles et illusions liées à la propagation
de la lumière
La propagation de la lumière dans un milieu non homogène est-elle toujours rectiligne ?
Expérience 3
« Dans un milieu homogène, la lumière se propage en ligne droite. » Ainsi, le cerveau interprète
le rayon lumineux comme se propageant toujours en ligne droite.
Un rayon laser arrive obliquement sur la paroi latérale d’un aquarium plein d’eau (doc. 3a).
Un autre aquarium contient de l’eau salée ainsi que du sel non dissous qui repose au fond
(doc. 3b).
❯ Comment l’interprétation du cerveau conduit-elle à des illusions optiques ?
a
b
▼
Expliquer des illusions liées à la propagation
de la lumière
Doc. 3 Propagation de la lumière : (a) dans l’eau, (b) dans l’eau salée.
a. La réflexion
Comparer la marche des rayons dans les deux cas. L’eau salée est-elle un milieu
Un miroir plan donne une image d’un objet.
Où se situe cette image ? Dans quelle direction l’œil la voit-il ?
Expérience 1
vitre
- Dans un endroit sombre, placer une
bougie allumée devant une vitre
verticale (doc. 1a).
- Observer l’image de la flamme.
- Placer de l’autre côté de la vitre une
bougie éteinte, identique à la
précédente.
- La déplacer afin de donner l’illusion
qu’elle est allumée.
Perceptions visuelles et illusions liées
aux caractéristiques de la rétine
F
A’
A
b
table
L’œil est un capteur optique dont les limites sont liées au fonctionnement de la rétine.
Les pigments des cellules de la rétine sont modifiés par la lumière et se reforment très vite.
Ainsi, la rétine ne peut distinguer deux images différentes que si elles se succèdent avec un
intervalle de temps d’environ un dixième de seconde. Quand des images défilent à un
rythme supérieur à dix images par seconde, l’observateur a une sensation de continuité.
▼
a
B
I
F’
Doc. 1 Illusion de la bougie allumée (a) et son schéma explicatif (b).
❯ Comment mettre en évidence cette propriété de la rétine ?
Lorsque la seconde bougie semble allumée, quelles positions occupent les
●
deux bougies par rapport à la vitre ?
À l’aide du document 1b, donner une interprétation de cette illusion.
Observer un mouvement en lumière
intermittente
Expérience 1
b. La réfraction
- Un disque blanc muni d’une tache rouge est en rotation (doc. 5).
- Faire tourner le disque éclairé en lumière du jour, d’abord lentement, puis augmenter la
vitesse de rotation.
Un objet plongé dans l’eau ne semble pas avoir la même position que dans l’air.
On se propose d’expliquer cette illusion en exploitant le phénomène de la réfraction.
▼
Doc. 4 Lors d’un mirage chaud des
objets apparaissent sur terre.
R
œil
B’
homogène ?
Expliquer, en s’aidant de cette expérience et du document 4, la formation des images.
▼
●
Doc. 5 Dispositif expérimental à
l’arrêt.
Décrire les observations et les expliquer.
Expérience 2
- Placer une pièce de monnaie au fond d’une tasse opaque.
- Se décaler légèrement afin de ne plus voir la pièce.
- Remplir la tasse d’eau (doc. 2).
Expérience 2
- Éclairer le disque avec un stroboscope (doc. 6), source de lumière qui émet des éclairs très
brefs à intervalles de temps réguliers.
- Faire tourner le disque lentement puis augmenter la vitesse de rotation.
Faire un schéma et expliquer pourquoi, en l’absence d’eau, l’observateur ne
voit pas la pièce de monnaie.
56
a
Décrire les observations.
Comment peut-on expliquer que la tache rouge semble immobile à certaines fréquences
b
Doc. 2 Illusion de la pièce qui apparaît.
du stroboscope ?
Citer une observation dans le domaine du cinéma qui illustre ce phénomène.
▼
qui provient de la pièce de monnaie et arrive dans l’œil de l’observateur.
À l’aide du schéma, donner une interprétation de cette illusion.
▼
Rappeler le phénomène de réfraction étudié en classe de Seconde.
Schématiser la situation en présence d’eau, en faisant apparaître un rayon
Doc. 6 Un stroboscope est une
source d’éclairs périodiques.
CHAPITRE 5 • PERCEPTION VISUELLE
57
Perception liée au traitement des messages
visuels dans le cortex cérébral
Le traitement des messages visuels dans
le cortex cérébral
Les messages bioélectriques provenant de la rétine sont véhiculés dans le nerf optique jusqu’au cerveau
par des réseaux de neurones qui élaborent progressivement une représentation visuelle du monde.
Les différentes aires du cortex visuel échangent en permanence des informations grâce
à un complexe réseau de neurones.
❯ Quelles sont les zones cérébrales impliquées dans le traitement des messages visuels ?
❯ Comment est assuré le traitement des informations au niveau des réseaux de neurones ?
pariétal
Le sujet regarde un tableau de Mondrian
Identifier quelques molécules qui perturbent
la transmission synaptique
frontal
temporal
V3
V5
V4
V2
V1 occipital
Le cortex cérébral est organisé en couches superposées de neurones pyramidaux (doc. 10a).
L’architecture du cortex est semblable d’un individu à l’autre.
On constate, chez des animaux ayant subi une privation de lumière pendant les premiers
mois de la vie, des retards du développement des comportements visuels. À la mort de ces
animaux, on observe, au niveau du cortex visuel, un déficit de l’extension des fibres
nerveuses et une diminution des connexions synaptiques (doc. 10b et 10c).
▼
En utilisant la tomographie par émission de positons, une technique
d’imagerie cérébrale permettant la mesure du débit sanguin, on a pu
déterminer les zones du cerveau activées lors du traitement des informations visuelles. Plus le nombre de cellules en action est élevé dans
une région cérébrale, plus le flux de sang est grand. Ainsi, en mesurant
les variations du flux sanguin, on peut distinguer les régions du cerveau
qui traitent ces informations. Cette approche a permis d’étudier le cerveau en action et de repérer cinq zones, désignées de V1 à V5 (doc. 7).
entre aires cérébrales ?
●
Identifier les aires cérébrales
impliquées dans la vision
●
❯ Quels sont les mécanismes cellulaires impliqués dans cet échange d’informations
Doc. 7 L’hémisphère gauche du cerveau montrant
les différentes aires visuelles.
cortex
6
5
neurone
présynaptique
vésicule
contenant
un neurotransmetteur
fente synaptique
récepteur
du neurone
postsynaptique
4
Le sujet regarde des objets en mouvement
3
2
➞
➞
c Les neurotransmetteurs sont des
x 40 000
1
b Une synapse observée au
figures
présentées
au sujet
a Peinture, par Pieter Cornelis Mondrian, et sa copie par une
b Identification de différentes figures par un
patient intoxiqué au monoxyde de carbone.
▼
personne atteinte d’achromatopsie.
Doc. 9 Le monde vu lorsque le cortex est endommagé.
Identifier les zones intervenant dans la perception visuelle et leur attribuer un rôle.
Présentation du travail ❯ Un schéma réalisé à partir du document 7, accompagné d’un commentaire.
58
le sujet
a coché
les figures
qu'il a
reconnues
Doc. 10 Le cortex cérébral.
« … Je l’ai vue en réalité : vert olive !, c’était atroce, cette
peau qui était verte. Et ce n’était pas imaginaire, je l’ai
vraiment vue comme ça. Je voyais des choses qu’on ne
voit pas quand on est dans un état normal : un meuble
qui faisait des vagues, la porte me paraissait immense...
Je parlais avec une autre fille qui est devenue comme
un monstre, sa peau fondait presque. La lumière s’agrandissait tellement que c’était comme des explosions, tout
était agrandi, comme une grosse bombe qui éclate ;
j’étais très excitée, je dansais sans cesse et regardais vers
le haut. Je regardais les autres qui dansaient aussi et ils
avaient l’air bizarroïde et leurs visages devenaient horribles, se déformaient… »
Extrait du site
http://users.skynet.be/toxicomanie/hallucinogene.htm
Doc. 11 Témoignage d’une jeune fille après consommation de
substances hallucinogènes prohibées.
Le L.S.D. (a) est l'un des produits
hallucinogènes les plus actifs et les
plus connus. Sa structure chimique
a été identifiée et
a
comparée
à celle de la sérotonine (b), neurotransmetteur des centres visuels.
b
▼
Les dessins du document 9 ont été réalisés par des patients atteints de lésions de certaines aires corticales.
Celles-ci engendrent des syndromes visuels qui, bien que moins graves que la cécité totale, invalident ces patients.
MET (en fausses couleurs).
▼
Doc. 8 Des images différentes stimulent des régions différentes du cortex visuel ; les zones en rouge sont les zones les plus actives.
▼
▼
a Les différentes couches du cortex cérébral.
molécules qui permettent à
l’influx nerveux de passer
d’un neurone à l’autre.
Doc. 12 Informations sur le L.S.D. (acide lysergique diéthylamide).
Chercher la définition du mot hallucination ainsi que la différence
entre illusion et hallucination.
Établir une classification des différents types d’hallucinations.
Bilan ❯ À l’aide de l’ensemble des documents, expliquer comment
le L.S.D. peut perturber la transmission synaptique.
Présentation du travail ❯ Un texte accompagné d’un schéma utilisant les données du document 10c.
CHAPITRE 5 • PERCEPTION VISUELLE
59
c. Propagation dans un milieu non homogène
faisceau
incident
La surface de séparation de deux milieux de propagation transparents
est appelée dioptre. Quand la lumière incidente arrive sur un dioptre,
une partie de la lumière subit une réflexion ; l’autre partie est
réfractée.
Ces changements de direction du rayon lumineux peuvent être la source
d’illusions d’optique.
tache de diffusion
faisceau transmis
▼
a. La réflexion
faisceau
réfléchi
À la surface de l’eau, une partie de la lumière incidente est
réfléchie, une autre partie est réfractée.
Lorsque la lumière est renvoyée dans une direction privilégiée, on dit
qu’elle subit une réflexion.
L’image d’un objet, donnée par un miroir plan, est symétrique de
l’objet par rapport au miroir.
Pour le cerveau, la lumière semble provenir de l’image et non de
l’objet lui-même.
miroir plan
O
A’
A
H
▼
Le miroir modifie la direction de propagation de la lumière.
L’image est vue dans la direction de propagation de la
lumière qui pénètre dans l’œil.
Pour le cerveau, la lumière semble provenir de l’image et non de
l’objet lui-même.
Dans le cas d’un dioptre eau/air ou verre/air et au-delà d’une certaine
valeur de l’angle d’incidence i1, la lumière est réfléchie sur le dioptre et
ne le traverse plus : c’est la réflexion totale.
S
N
i1
angle d'incidence
I
eau
ou verre
angle
de réfraction
i2
▼
R’
Le rayon réfracté n’est pas dans la direction du rayon
incident.
N’
air
I
iᐉ
i1
▼
eau
N
La lumière émise par un stroboscope donne une sensation de clignotement si la fréquence des éclairs est faible. Lorsque la fréquence croît,
le clignotement disparaît et l’observateur a l’illusion d’un éclairage
continu. C’est le phénomène de la persistance des impressions rétiniennes dont la durée est de l’ordre de 0,1 s. Cela explique aussi l’expérience du disque de Newton.
Une bande de film cinématographique est constituée par une suite
d’images distinctes, défilant à raison de 24 images par seconde. Chaque
image est projetée pendant 1/48 s. L’obturateur se ferme ensuite pendant 1/48 s, instant durant lequel le film avance d’une image. Le cerveau ne perçoit pas l’extinction : la persistance des impressions rétiniennes permet de donner l’illusion du mouvement à partir d’une
succession d’images.
a
b
Lorsque le disque de Newton est en rotation rapide, l’œil voit
du blanc (a), c’est-à-dire la superposition des secteurs de
couleurs différentes (b).
b. La stroboscopie
La stroboscopie est une technique employée pour donner l’illusion
d’un mouvement ralenti.
Un disque noir muni d’un fin secteur blanc est en rotation.
En éclairage naturel, l’observateur suit le secteur dans son mouvement
lorsque la vitesse de rotation du disque est faible. Si elle est élevée, le
disque apparaît d’un gris uniforme.
Éclairé avec un stroboscope, le disque semble immobile chaque fois que
la fréquence des éclairs fe est égale à la fréquence du disque f (ou à un
sous-multiple de cette fréquence). Mais lorsque les fréquences des
éclairs et du disque sont voisines, le disque semble être en mouvement
ralenti, soit dans le sens réel, soit en sens inverse.
Au cinéma, on peut avoir l’illusion qu’une roue ne tourne pas alors
qu’elle est en rotation, ou qu’elle tourne en sens inverse du sens réel.
sens de rotation vrai
fe = f
Te = T
a immobilité
apparente
fe légèrement
supérieure à f
Te < T
b mouvement
apparent
ralenti
fe légèrement
inférieure à f
Te > T
c mouvement
apparent
ralenti
❯ Rechercher et expérimenter, p. 56.
60
▼
▼
Illustration du phénomène de réfraction : la règle apparaît cassée.
1.2. Perceptions visuelles et illusions liées aux caractéristiques
de la rétine
a. La persistance des images rétiniennes
i
Le passage de la lumière au travers d’un dioptre provoque un changement de la direction de propagation : c’est la réfraction.
Lors d’un mirage, l’image est vue dans la direction de
propagation de la lumière qui pénètre dans l’œil.
r
J
b. La réfraction
Un rayon lumineux arrive sur un dioptre sous un angle d’incidence i1,
il émerge en faisant un angle de réfraction i2 différent de i1.
❯ Rechercher et expérimenter, p. 57.
▼
1.1. Perceptions visuelles et illusions
liées à la propagation de la lumière
Dans les régions polaires, la température de l’air, faible au niveau du
sol, augmente avec l’altitude : l’air n’est plus un milieu homogène.
Dans un milieu non homogène, la lumière se propage en ligne courbe :
l’observateur voit l’objet dans la direction de propagation de la lumière
qui pénètre dans l’œil.
Dans les régions chaudes, la température élevée au niveau du sol diminue avec l’altitude. Les rayons sont alors courbés dans l’autre sens : en
regardant vers le sol, on peut voir le bleu du ciel donnant l’illusion d’une
nappe d’eau.
▼
Optique géométrique et perception visuelle
La réflexion totale.
❯ Rechercher et expérimenter, p. 57.
Le repère est en immobilité apparente (a) et en mouvement
apparent ralenti (b et c). Te et T représentent respectivement
la période des éclairs et la période du disque.
CHAPITRE 5 • PERCEPTION VISUELLE
61
Perception visuelle et fonctionnement neuronal
2.3. Les illusions liées au traitement de l’information
par le cortex visuel
2.1. La localisation du traitement des
informations dans le cerveau
Les illusions nous fascinent car elles trompent notre perception des mouvements,
des contrastes et des couleurs. La compréhension du fonctionnement de notre système
visuel permet d’ébaucher quelques éléments d’explication.
La connaissance des mécanismes de la naissance de la perception
visuelle a pu être établie à partir de données sur les lésions cérébrales,
ainsi qu’à partir de données d’imagerie médicale ; les zones actives étant
repérables en fonction de l’intensité de la circulation sanguine.
a Le tableau d’Enigma.
b Le triangle de Kanizsa.
Le cortex visuel comporte plusieurs aires qui répondent de façon spécifique à des aspects différents du stimulus visuel, tels que la couleur,
la direction du mouvement, les formes…
Les informations reçues par le cortex occipital sont réparties sur différentes autres aires qui participent à l’élaboration de la perception
visuelle, telles que le cortex temporal, le cortex pariétal...
Ainsi, la région la plus pariétale du cortex occipital est une aire du
« où » : elle permet la localisation de l’objet ; et la région la plus temporale du cortex occipital est une aire du « quoi » : elle permet la
reconnaissance de l’objet.
Les aires V1 et V2 jouent un rôle très important dans la perception des
contours et dans la perception visuelle fine. L’aire V4 joue un rôle dans
la perception des couleurs et l’aire V5, un rôle dans la perception des
mouvements.
V2
V5
V3
V1
V4
▼
❯ Rechercher et expérimenter, p. 58.
Les différentes aires du cortex visuel.
❯ Rechercher et expérimenter, p. 59.
62
d La clôture du jardin, par Sandro del Prete, 1969.
par Salvador Dali, 1940.
message
nerveux
neurone présynaptique
synapse
vésiculescontenant
des neurotransmetteurs
neurotransmetteurs
qui sont déversés dans
la fente synaptique et qui
se fixent sur les récepteurs
du neurone postsynaptique
▼
}
Fonctionnement d’une synapse.
neurone postsynaptique
Il s’agit d’une illusion de la perception visuelle résultant de la compétition entre
les deux hémisphères cérébraux, chacun créant une scène d’une façon
différente.
De nombreuses œuvres artistiques utilisent l’art de
la perspective. Ainsi, Sandro del Prete, peintre
suisse, peint des visions du monde selon des perspectives différentes. Mais aussi belle que vous trouviez cette clôture, n’essayez pas de la fabriquer…
Le cerveau est un organe complexe, dont le fonctionnement n’est pas encore parfaitement connu,
malgré les nombreux travaux de recherche dont il fait l’objet.
L’œil est un organe précieux à préserver de tout traumatisme, tels que les drogues, les bruits intenses,
les excès de lumière, le manque de sommeil…
▼
La très grande majorité de nos synapses sont de type chimique. Elles
sont plastiques et malléables, ce qui est une caractéristique précieuse
à la base des apprentissages.
L’organisation générale du cortex visuel est la même pour tous. Elle
est déterminée par un programme génétique commun à l’espèce
humaine. Les apprentissages et les expériences acquises après la naissance sont à l’origine d’une organisation différente des réseaux de neurones corticaux. Le traitement des messages nerveux n’est donc pas
strictement identique d’un individu à l’autre : dès lors, aucun cerveau
ne voit le monde exactement comme un autre.
On perçoit un triangle blanc. Cette illusion suggère l’existence de conflits entre les aires V1 et V2 du cortex visuel.
c Le marché aux esclaves où disparaît le buste de Voltaire,
2.2. Le neurone et la transmission synaptique
Les neurotransmetteurs sont des molécules qui permettent à l’influx
nerveux de passer d’un neurone à l’autre.
C’est la forme particulière de la molécule de neurotransmetteur qui va
lui permettre de se fixer sur des récepteurs postsynaptiques et de
produire son effet. Relâchés dans la fente synaptique, les neurotransmetteurs peuvent avoir deux effets opposés sur le neurone suivant.
Certains sont excitateurs, d’autres sont inhibiteurs.
De nombreuses molécules, drogues ou médicaments, peuvent perturber la propagation des messages nerveux le long des réseaux de neurones et ainsi modifier les perceptions visuelles.
Regarder le tableau en fixant le centre. Des mouvements de rotation apparaissent,
alors que tout est stable. Cette illusion disparaît en l’absence des rayons noirs et
blancs.
Cette illusion pourrait être due aux micromouvements incessants de l’image sur la
rétine provoqués par les saccades de l’œil, et/ou au traitement de l’information par
le cortex visuel.
Des illusions d’optique.
❯ Rechercher et expérimenter, p. 59.
CHAPITRE 5 • PERCEPTION VISUELLE
63
• Le monde vu n’est qu’une interprétation de la réalité, une image mentale construite par le cortex visuel.
Vérification des connaissances
• Certaines illusions sont liées aux caractéristiques de la propagation de la lumière, ou aux propriétés de la
rétine.
Vrai ou faux
• D’autres sont attribuées à la complexité du fonctionnement cérébral.
OBJET RÉEL
Le dioptre
Corriger les propositions fausses.
1. Qu’est-ce qu’un dioptre ? Citer deux exemples.
1. Une carte cérébrale est établie grâce aux données de l’image-
2. Qu’advient-il à un rayon de lumière à la traversée d’un dioptre ?
rie médicale.
(diffusant la lumière)
ILLUSIONS
2. Les aires V1 et V2 se situent dans le cortex temporal.
Nommer ce phénomène.
3. Dans le cas où la lumière passe du verre dans l’air, quels sont
les phénomènes susceptibles de se produire ?
3. L’aire V4 est responsable de la perception des couleurs.
DUES À LA PROPAGATION
DE LA LUMIÈRE
propagation de la lumière
La lumière change de direction
lorsqu'elle rencontre un dioptre.
L'image d'un objet construite
par le cerveau est dans la direction
de la propagation de la lumière qui
pénètre dans l'œil. C'est la source
de certaines illusions.
RÉTINE
formation d'une image rétinienne
de l'objet (plus petite que l'objet
et renversée à deux dimensions,
sans relief)
4. La vision des couleurs fait intervenir une seule aire spécialisée.
5. La perception visuelle globale résulte de l’intégration de différentes informations.
Illusions liées au temps
6. Un neurotransmetteur est libéré dans des vésicules synaptiques.
7. Le L.S.D. est un neurotransmetteur à effet excitateur.
8. Un neurotransmetteur agit sur des récepteurs postsynaptiques.
1. Qu’est-ce que la persistance des impressions rétiniennes ?
Donner l’ordre de grandeur de sa durée.
2. Dans quelles conditions un objet tournant éclairé par un
9. Les réseaux neuroniques sont identiques chez tous les indiviLIÉES AUX PROPRIÉTÉS
DE LA RÉTINE
des neurones spécifiques propagent
des messages bioélectriques spécifiques
Persistance des impressions
rétiniennes.
dus adultes.
stroboscope peut-il paraître immobile ?
3. Citer une application du phénomène précédent.
10. Les illusions d’optique concernent exclusivement le cortex
visuel.
Le coin des cruciverbistes
CERVEAU
perception des formes
Travail de rédaction
Le cortex visuel primaire V1 présente de nombreuses
connexions avec le cortex visuel secondaire V2.
Bien que la plupart des neurones de l'aire visuelle
secondaire aient des propriétés semblables à celles
des neurones de l'aire visuelle primaire; plusieurs
s'en distinguent en répondant à des formes plus
complexes.
i
Rédiger une phrase en utilisant les expressions et mots suivants.
a
1. Imagerie médicale – Lésion – Perception visuelle.
b
2. Cortex temporal – Aires du cortex visuel – Informations –
Reconnaissance des objets.
3. Neurotransmetteur – Neurone présynaptique – Fente
synaptique.
4. Cortex visuel – Programme génétique – Individu.
c
d
e
f
L'aire V4 permet la perception des couleurs.
g
traitement des couleurs
Propagation de la lumière
1. À quelle condition la propagation de la lumière est-elle
rectiligne ?
L'aire V5 permet la perception des mouvements
et de la profondeur.
2. Citer deux phénomènes physiques illustrant les illusions
optiques liées à la propagation de la lumière.
appréciation du mouvement
et de la profondeur
h
a Organe de la vision
b Phénomène optique associé au miroir
c Sa vision est possible grâce aux cônes
d Transmet le message
e Rétinienne, elle dure environ 0,1 s
«
« CONSTRUCTION DE LA PERCEPTION VISUELLE
IMAGE MENTALE
DE L'OBJET
La réflexion
1. Qu’est-ce que la réflexion de la lumière ?
MOTS-CLÉS
Aire pariétale - Aire temporale – Cortex visuel – Homogène – Illusion – Neurotransmetteur – Persistance
rétinienne – Réflexion – Réfraction – Stroboscopie – Synapse.
64
2. Citer les caractéristiques de l’image d’un objet, donnée par un
miroir plan.
f S’explique par le trajet courbe de la lumière
g Partie du cerveau
h Récepteur oculaire
i
Perception erronée
CHAPITRE 5 • PERCEPTION VISUELLE
65
La vision binoculaire
Utilisation des connaissances
Dsérodre
Expérience 1
Une agonie
Sleon une édtue de l’Uvinertisé de Cmabrigde, l’odrre des
ltteers dans un mto n’a pas d’ipmrotncae, une suele coitondin est ipmrotnate et aolrs mmêe si les ltetres snot
dnas un dsérorde ttoal vuos puoevz tujoruos lrie snas
porblmèe.
« Le docteur P est un homme manifestant une agnosie des
visages, associée à une agnosie des objets : il n’arrive plus
à identifier ni les objets ni les visages. Il identifie les détails
des objets, certaines parties caractéristiques des visages.
Mais tout cela n’a plus de sens : il ne peut nommer la personne, ni dire l’usage de l’objet dont il décrit les détails.
Ainsi, il identifie son environnement par l’usage de ses
autres sens : l’odorat, l’ouïe… »
O. Sacks, L’Homme qui prenait sa femme
pour un chapeau, 1992.
• Que peut-on penser de l’affirmation évoquée dans le texte
ci-dessus ? Proposer une explication.
AIDE À LA RÉSOLUTION
1. Rechercher « la condition importante »
évoquée dans le texte et expliquer quel
type de vision permet la lecture des
mots du texte.
2. Rechercher comment le cerveau assure
la lecture des mots.
1. Chercher la définition du mot agnosie.
2. Indiquer les opérations effectuées par un cerveau normal pour rendre
notre monde cohérent, puis montrer l’importance des émotions et
du vécu de l’individu.
D’autre part, par des moyens d’imagerie médicale, une activité dans
certaines zones cérébrales peut être enregistrée quand le sujet a soit
des illusions visuelles, soit des hallucinations (doc. 2 et 3).
droite
encéphale vu de dessus
V1
active
V1
active
V4
active
V5
active
a
b
▼
encéphale
représenté
en vue
latérale
gauche
aires
visuelles
(V1, V4, V5)
aires
temporales
Doc. 3 Les aires corticales.
Question 1
- Placer une bouteille debout sur le sol entre les pieds écartés.
- Disposer sur le goulot un petit objet comme un bouchon ou
une gomme. En fermant un œil, essayer d’un coup de main
horizontal de renverser l’objet sans toucher la bouteille.
- Recommencer avec les yeux ouverts.
explicative.
Le mouvement des roues
de diligence
Dans un western, les roues à rayons des diligences semblent tourner au ralenti et parfois être immobiles.
1. Comment expliquer l’immobilité apparente d’une roue de cha-
Ce tableau de Magritte représente un homme vu de dos et
se tenant devant un miroir. Un
livre est posé sur le rebord de
la cheminée.
image dans un miroir ?
Question 2
2. Dans ce tableau, l’image de
Aire visuelle V5
Aire visuelle V4
Aire visuelle V1
1. Avancer ou reculer devant le miroir. Dans quel sens se déplace
l’image donnée par le miroir ? Justifier cette observation.
2. Placer la main droite devant le miroir. L’image de la main est-elle
superposable à l’objet ? Justifier la réponse.
Le cinématographe
L’appareil que Messieurs André et Louis Lumière viennent de
présenter sous le nom de cinématographe est un nouveau
système de chronophotographie merveilleux de précision et
de simplicité. […] La bande pelliculaire positive sur laquelle
les images se présentent sous l’aspect d’une photographie
ordinaire […] a quinze mètres de long au plus et trois centimètres de large environ. […] Les diverses épreuves – obtenues à des intervalles de un quinzième de seconde – sont
rigoureusement semblables, c’est-à-dire que si l’on superpose
deux images quelconques, les parties représentant des objets
immobiles viennent coïncider exactement et les parties représentant des objets mobiles ont des positions dont la différence représente le mouvement accompli entre les moments
où ont été tirées les deux épreuves. […] Le mécanisme est
disposé de telle façon que la pellicule reste immobile pendant les deux tiers du temps ; elle emploie le dernier tiers à
descendre. Que les rayons lumineux arrivent sur l’écran pendant les périodes d’immobilité, c’est parfait ; mais s’ils arrivent aussi pendant les périodes de mouvement, à l’image
fixe se mêleraient des impressions dues à la descente de cette
même image ; il en résulterait des traînées lumineuses correspondant aux parties claires. Il faut par conséquent que les
rayons lumineux soient masqués pendant le dernier tiers du
temps. C’est ce que réalise l’appareil.
La Nature, 31 août, 1895.
« La reproduction interdite »
1. Peut-on observer une telle
Déduire de l’étude des documents le rôle des aires V4 et V5, et de l’aire temporale.
66
Expérience 2
2. Comment expliquer le mouvement apparent ralenti ?
Chez un sujet ayant des
hallucinations, les aires
V1, V4, V5 et temporales
sont actives.
La destruction
de l'aire temporale
supprime l'identification
des objets.
Se placer devant un miroir plan.
2. Expliquer ces observations.
riot comportant douze rayons identiques ?
Doc. 2 Les aires visuelles activées.
Représenter par des flèches, les relations entre les aires corticales suivantes : Aire temporale
– situation 1 : personne ayant des illusions colorées intensément ;
– situation 2 : personne ayant des illusions colorées intensément et en mouvement ;
– situation 3 : personne ayant des hallucinations colorées et en mouvement.
Distinguer les trois situations par des flèches de forme ou de couleur différentes.
et quelques secondes après avoir effectué la manipulation.
2. En tenant compte du texte précédent, émettre une hypothèse
▼
▼
Selon les doses de L.S.D. absorbées, les effets peuvent varier.
À faibles doses vont apparaître des illusions visuelles : les couleurs sont
intensifiées, la luminosité est accrue, les formes sont distordues et semblent animées de mouvements. À plus fortes doses vont se développer
des hallucinations : la personne va « voir » des objets, des personnes
que ses yeux ne perçoivent pas.
L’effet du L.S.D. peut surgir sponneurones
neurones
tanément des jours, des semaines,
A
B
et même des mois après la
consommation, pouvant ainsi causer des troubles psychiatriques.
Des études expérimentales ont
montré que :
- la sérotonine est une substance permettant le transfert
d’un message nerveux des neurones A vers les neurones B ;
cortex
- rapidement après la prise, de
fortes concentrations de L.S.D.
chiasma
relais
optique
cérébral
se trouvent dans la zone de relais
des voies visuelles et que les neurones B sont actifs (doc. 1).
Doc. 1 Les voies visuelles.
1. Effectuer la manipulation. Décrire l’observation immédiatement
1. Décrire ce qui se passe dans chacune des situations.
La perturbation de la vision par le L.S.D.
Extrait de l’épreuve du Bac L, États-Unis, 2004.
« Pour ressentir l’effet de la rivalité binoculaire, roulez
une feuille de papier en un tube que vous tenez contre
l’œil droit à l’aide de la main droite. Placez la paume
de votre main gauche à dix centimètres de votre œil
gauche de sorte qu’elle touche le tube. »
Pour la science, n° 268, p. 82.
Caractéristiques de l’image
donnée par un miroir
l’homme donnée par le
miroir est-elle symétrique
par rapport au plan du
miroir ?
1. À partir du texte, dégager le principe du cinématographe.
2. a) Dans le texte, quelle est la durée entre deux images successives ?
b) En déduire la fréquence des images projetées.
c) En déduire la durée d’extinction.
d) Pour quelle raison physique l’œil ne perçoit-il pas cette extinction ?
3. Aujourd’hui la fréquence des images est de 24 images par
seconde. Quel avantage procure cette fréquence ?
CHAPITRE 5 • PERCEPTION VISUELLE
67
Technicité en glaise
‘‘
Anamorphoses
« Avec les poulets, on a choisi la créature la plus difficile
à animer. Des pattes fines, pas de mains, des plumes partout... On est un peu fou, non ? ».
‘‘
Nick Park et Peter Lord,
réalisateur de Chicken Run.
S
Détail du tableau.
Les ambassadeurs, par Hans Holbein, 1533, National Gallery,
Londres ; peintre allemand (1497-1543).
C
e double portrait, le plus
célèbre de Hans Holbein, car
le plus riche en symboles et le
plus énigmatique, fut exécuté à
Londres en 1533 et marqua le
point de départ de la renommée
de l’artiste.
Arrivé dans la capitale anglaise
en septembre 1532, Holbein fit
la rencontre d’un jeune noble
français soucieux de faire
immortaliser son portrait : Jean
de Dinteville (1504-1555),
ambassadeur de François Ier
auprès d’Henri VIII d’Angleterre.
Dinteville commanda à Holbein
ce tableau pour honorer son
ami, Georges de Selves, évêque
de Lavaur, lors de sa visite à
Londres pour Pâques. L’évêque,
(c.1508-1541) qui fut plus tard
ambassadeur de France à
Venise, se sentit flatté de poser
pour ce portraitiste de talent.
Il est représenté à droite du
tableau en tant qu’Ambassadeur
de « robe longue », dépositaire
du pouvoir religieux, par opposition à Dinteville, représenté à
gauche, qui figure l’Ambassadeur
« de robe courte » détenteur
du pouvoir politique.
D’après le site
http://membres.lycos.fr/histoiredesarts/holbein.html
SOURCES D’INFORMATION
Sites internet
http://membres.lycos.fr/histoiredesarts/holbein.html (site 1)
http://www.anamorphose.com (site 2)
68
PISTES DE RECHERCHE
1. Rechercher dans ce tableau des éléments
pour argumenter l’affirmation :
« Les Ambassadeurs symbolisent la puissance
laïque et ecclésiastique appuyée sur la
curiosité, l’érudition et l’humanisme. »
2. Rechercher sur le site 1 à quoi
correspond l’étrange structure qui se
dresse en oblique au centre du tableau
et retrouver les intentions de l’auteur.
3. Expliquer ce que l’on entend par
anamorphoses et rechercher sur le site 2
comment on les construit.
ilence
presque
religieux.
Concentration totale. À l’entrée de
son plateau, un animateur a
inscrit : « Be quiet…as a fish. ».
L’équipe technique se prépare à
filmer Rocky donnant une leçon
d’assouplissement à quelques prisonnières empâtées. Sur le mur, un
story-board affiche les 36 images
quotidiennes à réaliser. Chaque
animal porte un foulard autour du
cou, un bouquet de plumes au
derrière et une collerette autour du
poitrail. Six cents collerettes attendent d’être mises en couleur, à côté
d’un nombre incalculable de tourtes, le cauchemar des prisonnières
du camp ! Dans une caisse, des yeux
par centaines, avec des iris aux tonalités variées. À côté, ce sont autant
de bouches et de becs, soigneusement classés dans les boîtes en fonction de 13 positions clés. Les
personnages principaux, Rocky,
Ginger, ont droit à 13 doublures,
car ils reviennent
parfois du
Toutes semblables… toutes différentes… Chicken Run, film
t o u r nage
d’animation de Nick Park et Peter Lord, film britannique,
abîmés par
français, américain, 2000.
trop
de
manipulations. Pour la grande
le début. Pour certains plans, le
évasion du camp de 150 poulets affo- mouvement de caméra (qui se fait,
lés, 50 décorateurs ont construit, à lui aussi, image par image, donc
différentes échelles, le « camp de par fraction de millimètre) est
concentration », dont un décor de d’une complexité extrême. Chaque
plus de 100 mètres carrés : position est photographiée deux
18 baraques en bois cernées de mira- fois de suite. Ainsi, pour une
dors et d’un enclos de fil de fer bar- seconde de film, il faut réaliser
belé ; un peu à l’écart, la maisonnette 12 scènes figées. Chaque jour, Nick
des fermiers, avec son hangar. On Park et Peter Lord font le tour de la
peut regarder à la loupe, rien ne dizaine de plateaux, vérifient les
manque : ni une vitre brisée, ni la lumières, visionnent les rushes sur
rouille sur un loquet, ni un peu de le moniteur vidéo : chaque équipe
mousse sur le muret de vieilles pierres... doit avoir tourné une seconde et
On imagine la tension qui règne demie utile.
sur le plateau, un faux mouvement, un objet qui bouge, et il fauD’après Bernard Génin, Télérama,
drait reprendre tout le plan depuis
15 décembre 1999.
PISTES DE RECHERCHE
1. Rechercher comment ces personnages ont été fabriqués,
comment les expressions de leurs
visages ont été créées.
2. Retrouver les différentes étapes
de l’animation, évaluer le nombre de clichés et de scènes figées
nécessaires, ainsi que la durée du
tournage.
3. Discuter le propos : « Malgré
tout, par rapport aux vues réelles, l’animation offre une liberté
totale, il n’y a pas de limite. »
SOURCES D’INFORMATION
Sites internet
http://www.aardman.com
http://www.cndp.fr/tice/teledoc/dossiers/dossier–
chickenrun.htm
http://www.chez.com/pithecland/wallace/
chicken.htm
CHAPITRE 5 • PERCEPTION VISUELLE
69
Durée de l’épreuve : 1 h 30 – Coefficient : 2
L’usage de la calculatrice n’est pas autorisé
PARTIE
1 : LA REPRÉSENTATION VISUELLE DU MONDE
Document 5 : les illusions liées à la succession temporelle des images
(13 POINTS)
Dans un atelier qui utilise des machines-outils qui tournent rapidement, l’éclairage par un tube « néon » est interdit. L’éclairage produit par le tube n’est
pas continu comme avec une lampe à incandescence. Un tube « néon » est une sorte de lampe flash qui produit 100 éclairs par seconde et entre chaque
éclair, aucune lumière n’est émise. Un phénomène de stroboscopie risque de se produire c’est-à-dire qu’on peut avoir l’impression que la machine-outil ne
tourne pas ou tourne très lentement.
Document 1 :
Faisons bouger rapidement un stylo devant nos yeux. Il apparaît comme un éventail et on voit surtout le stylo dans les positions extrêmes pour lesquelles il ralentit afin de s’arrêter puis rebrousser chemin. Lorsque le stylo est en position basse, l’œil a encore en mémoire l’image de sa position haute.
Ainsi, quand on fait succéder devant notre œil des images lumineuses qui représentent différents instants rapprochés d’un mouvement, certaines particularités de la vision humaine font que :
- lorsque la cadence est lente, nous percevons chaque image séparément et le résultat donne un mouvement saccadé ;
- lorsqu’on augmente la cadence, notre œil a la continuité du mouvement.
Le cinéma met à profit ce phénomène : une image fixe est projetée pendant un temps très court puis l’obturateur se ferme, pendant que le film avance
d’une image. L’œil ne décèle pas les extinctions et le cerveau mémorise une image en même temps que la suivante, ce qui donne l’impression du
mouvement.
Si on réalise des séquences vidéo à au moins 10 images par seconde, le rendu du mouvement est satisfaisant. Pour le cinéma professionnel, on adopte
24 images par seconde, pour le cinéma d’amateur 18 images par seconde et pour la télévision 25 images par seconde. C’est-à-dire que chaque page de
télévision change toutes les 40 millisecondes.
Document 2 : « Titi dans sa cage »
Document 6 : le ralenti ou l’accéléré cinématographique
Le ralenti et l’accéléré cinématographique sont des artifices grâce auxquels les mouvements à l’écran paraissent beaucoup plus lents ou plus rapides
que dans la réalité.
Ils sont utilisés pour obtenir des effets de trucage mais aussi pour l’analyse des phénomènes rapides (mouvements d’un sportif…) ou pour l’analyse de
phénomènes lents (croissance d’une plante…).
Question 1
(SVT) (2 points)
Rappeler, d’après les connaissances acquises et les données du document 1, la nature du stimulus à
l’origine de la vision, le tissu nerveux récepteur et les cellules réceptrices de ce stimulus.
Question 2
(SVT) (1,5 point)
a. Décrire l’expérience présentée sur le document 2 et son résultat.
b. Proposer une explication à ce résultat en s’aidant du document 1.
Document 3 : enregistrement de l’activité électrique dans le nerf
optique pendant la vision
70
verso
rotation rapide
du carton
Document 4 : coupe transversale d’un crâne humain montrant
la structure externe du cerveau
Utiliser des informations dans un but explicatif
Question 3
(SVT) (1 point)
Le principe étudié est celui utilisé par le cinéma ou la télévision.
Préciser, à l’aide du texte du document 1, le temps maximal nécessaire entre deux images
successives pour avoir un rendu satisfaisant.
Saisir des informations
Question 4
(SVT) (0,5 point)
Le document 3 représente un enregistrement réalisé au niveau du nerf optique.
Quelle est la nature du message nerveux ?
Saisir des informations
Question 5
(SVT) (1,5 point)
Le message nerveux est propagé vers l’encéphale pendant la vision des deux images (la cage et Titi)
a. Préciser quelles sont les structures qui véhiculent le message nerveux dans le nerf optique.
b. Où aboutissent les messages visuels dans le cerveau ?
recto
Mobiliser des connaissances
Question 6
(SVT) (3,5 points)
a. Hachurer sur le document 4 la zone mise en évidence dans la question 5b.
b. Légender avec les mots suivants le document 4 : récepteur, stimulus, voies nerveuses,
zone de perception visuelle.
c. Par un texte court (environ cinq lignes), décrire comment une stimulation lumineuse
peut donner une représentation visuelle (Titi dans sa cage).
N.B. La notion de persistance rétinienne n’est pas attendue.
Utiliser des connaissances
Réaliser un schéma et un texte de synthèse
Question 7
(Physique Chimie) (1 point)
Une roue de scie circulaire plongée dans le noir tourne dans le sens des aiguilles
d’une montre. Le logo de la marque de la roue est représenté par une flèche sur le schéma ci-dessous.
La roue fait 100 tours par seconde et on l’éclaire avec une lampe qui émet
un flash tous les 1/100 de seconde. Entre chaque flash, la roue aura fait
exactement un tour.
a. La roue aura tourné mais la verra-t-on tourner ? Justifier la réponse en
utilisant la position de la flèche.
b. Comment justifier alors l’interdiction de l’éclairage par un tube
« néon » dans les ateliers ?
Raisonner
Question 8
(Physique Chimie) (2 points)
a. Supposons que l’on filme, à la fréquence de 48 images par seconde, le mouvement d’un sportif pendant une
seconde. Combien de temps dure la projection de cette séquence à la fréquence de 24 images par seconde ?
Justifier la réponse. En déduire si le mouvement du sportif paraît ralenti ou accéléré.
b. Une caméra filme, à raison d’une image par heure, la croissance d’une plante pendant 30 jours. On projette
ensuite le film obtenu à la fréquence de 24 images par seconde. Combien d’images ont été enregistrées par la
caméra au bout de 30 jours ? En déduire combien de temps va durer la projection. Justifier les réponses.
Rappel : un jour dure 24 heures.
Raisonner
71