Cours Séance 1 à 3.pages
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1ère ES / L Partie Cours Thème 1: Séances 1 à 3 12/12/2014 REPRESENTATION VISUELLE Séances 1 & 2 : DU STIMULUS AU CORTEX VISUEL & LA PERCEPTION DES COULEURS Tapissant le fond de l’oeil qui est l’organe pair de la vision, la rétine est un organe / tissu nerveux formé de 3 couches de cellules, dont les photorécepteurs, cellules sensibles à la lumière, occupent la couche la plus profonde. Ils sont de 2 types : cônes et bâtonnets, dont la répartition varie en fonction des zones de rétine considérées. ➱ 1/ échelle du tissu « rétine » On a 2 zones principales : - a/ la rétine centrale (= la fovéa), où il y a essentiellement des cônes qui interviennent lors des fortes intensités lumineuses et qui permettent une bonne acuité visuelle (vision des détails et des couleurs optimale) - b/ la rétine périphérique (près du nez ou de la tempe), où il y a essentiellement des bâtonnets (sensibilité supérieure aux cônes), intervenant aux faibles intensités lumineuses, qui assurent une moins bonne perception des détails. L’importance de la rétine et de ses photorécepteurs est soulignée par l’existence de pathologies comme : - a/ le décollement de rétine ( images sombres, impression de « voir des mouches », éclairs colorés et détériorations de la vision) - b/ le daltonisme, du à un dysfonctionnement des cônes altérant la vision des couleurs - c/ la DMLA, Dégénérescence Maculaire Liée à l’Age, où les individus ont une perturbation de la vision centrale (tache noire centrale dans le champ de vision qui s’agrandit progressivement), perte de vision des détails, impression de manquer de lumière pour lire .. - d/ la rétinite pigmentaire altérant la vision quand l’intensité de la lumière est faible (donc les bâtonnets), avec perte de champ visuel. 1 - La vision des couleurs se fait aux fortes intensités lumineuses grâce à la présence de 3 types de cônes respectivement sensibles au bleu, au vert et au rouge, qui contiennent chacun un pigment de nature protéique sensible à certaines longueurs d’onde. Les gènes dirigeant la synthèse de ces pigments appartiennent à une famille multigénique, car ils présentent des similitudes dans leur séquence et dérivent d’un même gène ancestral qui a donné naissance à 3 pigments spécifiques, suite à des duplications et mutations. La comparaison de la séquence de ces gènes chez différentes espèces permet de situer l’Homme parmi les Primates. ➱ 2/ échelle cellulaire de la couche la plus profonde de la rétine : les photorécepteurs - a/ les bâtonnets - (95% des cellules de la couche, 120 millions), sont responsables de la vision nocturne, et ne sont sensibles qu'à la différence entre obscurité et lumière, absorbant tous la même gamme de longueurs d’ondes. En revanche, ils ont une plus grande sensibilité que les cônes, et sont donc plus adaptés à de faibles quantités de lumière - cellules plus grandes, formant 5% des photorécepteurs, sont responsables de la vision de jour et font la distinction entre les couleurs, en majorité au niveau de la "fovéa", où la lumière pénètre plus facilement. La vision est à ce niveau plus précise, plus détaillée et plus sensible aux mouvements - b/ les cônes que sur le reste de la rétine. C'est d'ici que provient la plupart de l'information visuelle arrivant au cerveau. Il y en a 3 types respectivement sensibles au violet/ bleu (cônes bleus), au vert (cônes verts) et au jaune/orangé/rouge (cônes rouges) ➱ 3/ échelle moléculaire au sein des cônes : les opsines Les 3 types de cônes sont définis par la possession d’un pigment parmi 3 différents. Ces pigments sont des protéines appelées opsines. Leur étude comparée chez différentes espèces permet d’affirmer que l’Homme est un Primate (p 35). En effet, les séquences nucléotidiques des gènes R, V & B, codant respectivement les opsines rouges (R), vertes (V) ou bleues (B), révèle de fortes similitudes (nombre de bases azotées communes des nucléotides de leur ADN très supérieure à 20 %) : on parle de gènes homologues. On considère que les gènes actuels résultent de la duplication de gènes ancestraux dont les séquences ont divergé au cours du temps par suite de mutations (changements au sein des bases azotées des nucléotides de leur ADN) successives. Ainsi, plus le % d’homologie des bases augmente, plus la duplication à l’origine de 2 gènes est récente et inversement. Pour les gènes codant les opsines humaines : - les 96% de similitudes des gènes R & V permet de dire qu’ils sont homologues issu de la duplication récente d’un gène ancestral (apparu avant, plus ancien). Tous les humains ayant ces 2 gènes, cette duplication est antérieure à l’apparition d’Homo Sapiens. - les 43 % de similitudes entre les gènes B & R, et 44% entre B & V indique que B est aussi apparenté à R qu’à V. 2 ➱ ces 3 gènes homologues résultent de 2 duplications successives, suivies de mutations ayant permis à leurs séquences respectives de diverger par la suite. L’Homme forme un groupe avec d’autres espèces proches de Singes (groupe des Primates) car il partage avec eux le caractère « possession des 3 gènes R, V et B ». 1 Ma = 10^6 ans = 1 million d’années - Un objet est visible si et seulement s’il émet ou diffuse de la lumière sous forme de rayons captés par l’oeil d’un individu. La vision du monde dépend des propriétés des photorécepteurs de la rétine, 3è couche traversée par la lumière (photons) après 5 grandes couches transparentes (conjonctive, cornée, humeur aqueuse, cristallin et corps vitré) puis la couche de cellules ganglionnaires ou multipolaires puis bipolaires. - La rétine d’un oeil, tissu complexe à 3 couches cellulaires, contient des cellules sensibles à la lumière, les photorécepteurs (cônes et bâtonnets), absents en un unique lieu appelé tache aveugle, convertissant des messages lumineux ( intensité des photons et longueurs d’ondes) après capture par leurs nombreux pigments identiques (rhodopsine pour les bâtonnets, opine bleue, verte ou rouge pour les cônes) en des milliers de messages de nature électrique transmis des photorécepteurs aux cellules bipolaires puis ganglionnaires dont les prolongements neuronaux amènent ces messages complexes à un instant t dans le nerf optique de cet oeil. - L'étude comparée des pigments rétiniens (opsines) permet de placer l’Homme parmi les Primates. 3 Séances 3 & 4 : VOIES ET AIRES VISUELLES A/ Les voies visuelles L'imagerie fonctionnelle du cerveau permet d'identifier et d'observer des aires spécialisées dans la reconnaissance des couleurs, ou des formes, ou du mouvement. B/ Aires cérébrales et plasticité Le cortex visuel contient plusieurs aires répondant spécifiquement aux différentes composantes du message du stimulus visuel. D’autres aires corticales ( = du cortex) participent à l’intégration des signaux et à l’élaboration de la perception visuelle : principalement le cortex temporal et pariétal. L’imagerie fonctionnelle du cerveau permet d’identifier et d’observer des aires spécialisées interagissant entre elles : V1, aire visuelle primaire ; V2, et intervenant dans la reconnaissance des couleurs (V4), ou des formes (V3, V4) ou des mouvements (V5). 4 Chez l’adulte, cette neuroplasticité se réduit fortement, mais demeure possible. ➱ Ainsi, l’apprentissage et les expériences individuelles modifient continuellement l’organisation corticale. A l’échelle cellulaire, cette neuroplasticité correspond à un remodelage des connexions (et non à une augmentation ou diminution du nombre de neurones), transformant les réseaux de neurones, donnant une orientation nouvelle à la circulation de l’information. Le système nerveux et notamment les connexions entre les neurones varient au cours de la vie. On n’établit jamais plus de connexions dans sa vie que lors de l’apprentissage de la parole, de l’équilibre de la marche lorsqu’on est dans la petite enfance. On dit que le cerveau est doué d’une capacité à se réorganiser et à évoluer en permanence : on parle de plasticité cérébrale. 1/ Mise en évidence de cette plasticité Les récepteurs sensoriels en périphérie du corps captent des informations provenant de l’environnement. Ils arrivent au niveau du cortex après avoir franchi les relais intermédiaires. L’ organisation du cortex est déterminée par le génome caractéristique de l’espèce. Mais des variations individuelles au sein de l’espèce (voir les cerveaux des vrais jumeaux qui ne sont pas identiques) suggèrent que la structure du cerveau est aussi modulée par de facteurs environnementaux. ➱ C’est la plasticité cérébrale, propriété fondamentale du système nerveux (SN). 2/ Les facteurs pouvant modifier l’organisation neuronale Lire est une activité complexe nécessitant un décodage des signaux visuels et une association de ces signes à un sens. L’étude de l’activité du cerveau ( voir l’imagerie IRMf ) au cours de la lecture montre une coopération entre différentes aires cérébrales qui s’activent (aires visuelles, de la mémoire et zones dédiées au langage) L’apprentissage de la lecture est responsable d’un remodelage profond des connexions cérébrales : il augmente les réponses des aires visuelles du cortex, dans la région de l’analyse de la forme des lettres, mais aussi dans l’aire visuelle primaire. Il augmente aussi les réponses au langage parlé dans le cortex auditif et induit une extension des aires du langage et une communication entre les réseaux du langage écrit et parlé. Chez les analphabètes, l’aire visuelle de l’hémisphère gauche qui chez les alphabétisés décode les mot écrits, répond à la reconnaissance des objets et des visages. Quand le processus d’apprentissage de la lecture est démarré, il y a diminution de cette fonction dans cette région et une migration partielle vers l’hémisphère droit. Chez l’adulte, cette neuroplasticité se réduit fortement, mais demeure possible. ➱ Ainsi, l’apprentissage et les expériences individuelles modifient continuellement l’organisation corticale. A l’échelle cellulaire, cette neuroplasticité correspond à un remodelage des connexions (et non à une augmentation ou diminution du nombre de neurones), transformant les réseaux de neurones, donnant une orientation nouvelle à la circulation de l’information. 5
