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PSY 2055. Psychologie de la
perception.
Premières étapes de la vision:
voir les étoiles
Frédéric Gosselin
Plan pour le cours
Corps genouillé
latéral (LGN) droit
lumière
1- Stimulus et lumière
Corps genouillé
latéral (LGN) gauche
Cortex visuel
2- Œil et rétine
La lumière
Il existe deux façons de décrire comment
la lumière se comporte:
– Comme des particules appelées photons.
• Quand les photons percutent la surface d’un
objet, on dit que cette objet est illuminé.
• La luminance équivaut au nombre de
photons qui percutent une surface donnée
par unité de temps.
– Comme une onde électromagnétique.
• Dans ce cas, l’énergie est décrite en terme
de longueur d’onde (voir prochaine
diapositive).
• On décrit habituellement le comportement
de la lumière en terme d’onde quand on
parle de la perception des couleurs.
Transmission Absorption
Réflexion
À propos de la lumière
• Se comporte comme une onde sinusoïdale, amplitude * sin(fréquence *
angle + phase) :
– une amplitude (intensité radiante; 1 photon = intensité radiante “atomique”),
– une fréquence (Hz = cycles par s)
• Période = 1 / fréquence
• Longueur d’onde d’une onde monochromatique (nm) = période * 300 000 000 [c, la
vitesse de la lumière, en m s-1] * 10-9 [transforme de m en nm]
– et par une phase
2
2*sin(angle)
1.5
1 * sin(1 * angle + 0)
1
2 * sin(1 * angle + 0)
0.5
1 * sin(2 * angle + 0)
sin(angle)
sin(2*angle)
sin(angle+.39)
0
-0.5
1 * sin(1 * angle + .39)
-1
-1.5
-2
0s
0
1s
1
2
3
4
5
6
7
Oeil
2-8 mm
Oeil
Cornée
Humeur aqueuse
Pupille
Iris
Muscles ciliaires
Zonules
2.4 cm
Lentille
Humeur vitreuse
Laisse passer
environ 50%
de la lumière
visible
Scléra
Épithélium
pigmentaire
Rétine
Fovéa (2 deg)
Nerf optique
Focalisation dans l’oeil :
principes et problèmes
80% cornée 20% lentille
Lentille épaisse = zonules relâchés = muscles ciliaires
tendus = focalisation proche
Normal
Myope
Lentille mince = zonules tendus = muscles ciliaires
relâchés = focalisation loin (à la limite : aucune
accomodation)
Hypermétrope
(≠ presbyte)
Astigmate
Lentilles correctrices (sphériques)
Lentille convexe (+)
Apex
Prisme
Longueur focale
Base
Lentille concave (-)
Dioptrie (D) = 1 / longueur focale (m)
Longueur focale
Environ +60 D (sans accomodation)
Une personne aveugle
• Au Canada, est considéré comme aveugle celui ou celle qui
possède, après correction, une acuité de Snellen de 20/200 ou
moins dans son meilleur oeil (ou qui possède un champ de
vision de moins de 20 deg).
• 20/X :
– Le numérateur est (presque) toujours 20 et désigne la distance (en
pieds) entre l’observateur évalué et le tableau
– Le dénominateur désigne la distance maximale à laquelle un
observateur normal peut reconnaître une lettre reconnue par
l’observateur évalué à une distance maximale de 20’.
• La plus grosse lettre dans un tableau de Snellen,
habituellement un “E”, est reconnue à 200’ par un observateur
normal.
Autres pathologies du médium
oculaire
Cornée abîmée
Cataracte
Corps flottants (“floaters”)
Taille sur la rétine : degrés
d’angle visuel
Angle
visuel (a
Taille de
l’objet sur
la rétine
a
l/2
a/2
a
d
l
tan(a / 2) = (l / 2) / d
d = (l / 2) / tan(a / 2)
l = 2 * d * tan(a / 2)
a = 2 * atan [(l / 2) / d]
Taille sur la rétine : degrés
d’angle visuel, example 1
10 m / 2
5 deg
5 deg / 2
d?
10 m
d = (l / 2) / tan(a / 2)
d = (10 m / 2) / tan(5 deg / 2)
d = 5 m / tan(2,5 deg)
d = 114,5 m
Taille sur la rétine : degrés
d’angle visuel, example 2
l? / 2
5 deg
5 deg / 2
114,5 m
l?
l = 2 * d * tan(a / 2)
l = 2 * 114,5 m * tan(5 deg / 2)
l = 2 * 114,5 m * tan(2,5 deg)
l = 10 m
Taille sur la rétine : degrés
d’angle visuel, example 3
10 m / 2
a
a / 2
114,5 m
10 m
a = 2 * atan [(l / 2) / d]
a = 2 * atan [(10 m / 2) / 114,5 m]
a = 2 * atan [5 m / 114,5 m]
a = 5 deg
Deg. d’angle visuel d’un objet de
30 cm en fonction de la distance
180
160
140
120
100
80
60
40
« Infini » ~ 20’
20
0
0
100
200
300
400
500
600
distance (cm)
700
800
900
1000
La rétine
Laisse passer
environ 20 %
de la lumière
Vaisseaux sanguins
Maladies qui touchent la rétine
• Dégénérescence maculaire liée à l’âge (DMLA)
–
–
–
–
Prévalence: 10% chez les personnes ayant 66 à 74 ans.
La macula est progressivement détruite
Débute avec la prolifération de drusens
Forme sèche et humide
• Rétinite pigmentaire
• Prévalence: 10%
– Maladie génétique (prévalence: 1/5000)
– Perte des bâtonnets en premier
– Dans les cas graves, les cônes de la fovéa peuvent également
être détruits
– Cécité totale dans les cas graves
Maladies qui touchent la rétine
Dégénérescence maculaire
Rétinite pigmentaire
La rétine examinée au microscope
électronique
Bâtonnets
50-80 microns
(1 micron = 10-6 m)
Cônes
Les photorécepteurs
• Les photorécepteurs sont responsables de la transduction
(au niveau du segment externe).
– Transduction : Transformation du signal externe (e.g. la lumière)
en signal électrique utilisable par le cerveau.
Les photorécepteurs
• Cônes
– Utile à la vision photopique (forte luminosité, vision diurne).
– Bonne acuité visuelle.
– Présent en grande quantité dans la fovéa (environ 1 degré d’angle
visuel).
– Permet la vision des couleurs (3 types de cône).
• Bâtonnets
–
–
–
–
–
Vision scotopique (faible luminosité, vision nocturne).
Grande sensibilité à l’énergie lumineuse.
Faible acuité visuelle.
Présent en vision périphérique. Absent au niveau de la fovéa.
Ne permet pas la vision des couleurs. Vision en tons de gris (1 seul
type de bâtonnet).
Densité des récepteurs en fonction de l’excentricité
5 000 000 cônes
120 000 000 bâtonnets
Fovéa = 50 000 cônes
Nez
Densité des récepteurs en fonction
de l’excentricité (bis)
Les cônes sont plus fins et très dense dans la fovéa.
Nerf optique et tache aveugle
1 million d’axones de
cellules ganglionnaires
convergent vers la tache
aveugle et forment le
nerf optique
L’oeil de la pieuvre
Révéler la tache aveugle
~5 deg
~15deg
À 30 cm, par exemple, position = 8 cm temporal et taille = 2,5 cm.
Glaucome : une pathologie du
nerf optique
• Une pression anormalement haute dans l’humeur aqueuse
entraîne une hausse de pression dans l’oeil ce qui mène à une
diminution de l’irrigation sanguine dans la tête du nerf
optique et, par suite, à une dégénérescence du nerf optique.
La rétine
Voie latérale
Voie verticale
Convergence au niveau de la
rétine
• 126 millions de bâtonnets et de cônes convergent
vers environ un millions de cellules ganglionnaires.
• Les bâtonnets convergent davantage que les cônes.
– En moyenne 120 bâtonnets pour une cellule
ganglionnaire.
– En moyenne 6 cônes pour une cellule ganglionnaire (en
vision périphérique).
– Chaque cône de la fovéa a une voie directe vers une
cellule ganglionnaire.
Traitement dans la rétine, I
120 bâtonnets -> 1 cellule ganglionnaire
6 cônes -> 1 cellule ganglionnaire
1 000 000 cellules ganglionnaires par oeil
Bâtonnets
Cône
Convergence
2
2
Cellule ganglionnaire
Traitement dans la rétine, II
Bâtonnets
2
Très sensible à la lumière
Cône
2
Cellule ganglionnaire
Convergence, sensibilité et acuité
• Les bâtonnets sont plus sensibles à la lumière
que les cônes (après adaptation à l’obscurité).
– Mécanisme de sommation spatiale (i.e.
convergence). L’input de plusieurs bâtonnets
converge vers une cellule ganglionnaire. Augmente
la probabilité quel la cellule réponde à la
stimulation.
– Compromis : Par contre, les bâtonnets ne sont pas
très bons pour percevoir les détails.
– Nécessitent moins de lumière pour réagir.
– Plus gros et moins denses.
Où est Charlie?
Convergence et acuité
• La fovéa permet une grande acuité car elle
ne contient que des cônes.
– Plus fins et plus denses.
– Les connexions une à une entre les cônes de la
fovéa et les cellules ganglionnaires permettent
une vision fine des détails.
– Compromis : Besoin de plus de lumière pour
répondre que les bâtonnets.
• Plus on s’éloigne de la fovéa, plus notre
acuité diminue.
Traitement dans la rétine, III
Bâtonnets
2
Cône
2
Cellule ganglionnaire
Haute précision (haute acuité visuelle)
+
Les champs récepteurs
• Le champs récepteur visuel d’une cellule X
est la région sur la rétine qui, stimulée, a un
effet [maximal] sur le déclenchement de X.
Le champ récepteur d’une cellule ganglionnaire
Champs récepteurs concentriques
• Des effets excitateurs et inhibiteurs sont retrouvés dans les
champs récepteurs.
• Le centre et la périphérie des champs récepteurs
s’organisent de sorte que:
– Centre excitateur/périphérie inhibitrice (une étoile!)
– Centre inhibiteur/périphérie excitatrice
• Cellules ganglionnaires P : 1 min d’angle visuel – 20 min
d’angle visuel
• Cellules ganglionnaires M : 8 min d’angle visuel – 0.5 deg
d’angle visuel
•
A : Stimulation à
l’extérieur du champ
récepteur.
•
B: Stimulation uniquement
dans la zone excitatrice du
champ récepteur.
•
C: Stimulation exclusive de
la zone inhibitrice du
champ récepteur.
Réponse d’une cellule ganglionnaire avec centre excitateur et périphérie
inhibitrice selon l’étendue de la stimulation sur le champs récepteur.
La rétine
Voie latérale
(inhibition
latérale)
Voie verticale
Contraste simultané
• Illusion d’un changement de brillance à
cause des régions avoisinantes.
Contraste simultané, II
– Les récepteurs stimulés par la région externe
pâle envoient une grande quantité d’inhibition
aux récepteurs stimulés par la région du centre.
– Les récepteurs stimulés par la région externe
foncé envoient une faible quantité d’inhibition
aux récepteurs stimulés par la région du centre.
Bandes de Mach
• Illusion d’une augmentation ou d’une diminution
de la luminance au bord des aires pâles ou
foncées, respectivement.
Bandes de Mach
Bandes de Mach, II
– Tous les récepteurs
reçoivent de l’inhibition
latérale de leurs voisins.
– Dans le centre d’une aire
de même luminance (A ou
D), la quantité d’inhibition
latérale est la même pour
tous les récepteurs.
– Par contre, les récepteurs
situés à proximité d’une
aire d’une autre luminance
(B ou C) reçoivent plus ou
moins d’inhibition.
Grille de Hermann
Grille de Hermann
• Illusion de disques foncés au niveau des
intersections alors que les corridors sont
perçus comme plus clairs.
– Les récepteurs situés aux intersections sont
davantage inhibés que les récepteurs situés dans
les corridors.
– L’inhibition latérale diminue donc la réponse
des récepteurs situés aux intersections ce qui
amène la perception de disques foncés.
Appartenance
– L’apparence d’une aire en terme de brillance
est influencée par la région à laquelle nous
pensons qu’elle appartient.
– Les mécanismes physiologiques sont
malheureusement inconnus pour l’instant.
À quoi servent les cellules
ganglionnaires?
• À détecter des points claires ou foncés
d’une certaine taille
• À transformer la luminance en contrastes
locaux (i.e., en une illumination relative de
deux régions adjacentes)
Adaptation à l’obscurité
• Le diamètre de la pupille peut varier selon un facteur de 4 (environ de 2 mm à
8 mm) laissant ainsi passer jusqu’à 16 fois plus de lumière dans l’obscurité.
• Même si ce type d’adaptation aide certainement, cela explique seulement une
maigre partie de la capacité du système visuel à s’adapter à l’obscurité.
Mesurer l’adaptation à l’obscurité
• Décours de l’expérimentation
– On doit premièrement adapter l’observateur à la
lumière.
– La lumière est ensuite éteinte.
– L’observateur doit ensuite ajuster l’intensité de
la lumière (Méthode d’ajustement) de sorte que
celle-ci soit juste visible.
Mesurer l’adaptation à l’obscurité
• Observateur regarde un point de fixation mais
porte attention à une lumière situé juste à côté.
Courbe d’adaptation à l’obscurité
• La sensibilité à la lumière
augmente en 2 étapes.
– La première étape se fait en quelques minutes
(3-6 minutes). Les cônes dominent mais
atteignent rapidement leur sensibilité
maximale (qui n’est pas très bonne par
ailleurs).
– Après 7 minutes, les bâtonnets commencent à
dominer.
– La sensibilité des bâtonnets culminent après
25-30 minutes.
• Taille de la pupille
• Deux types de récepteurs
• Équilibre photons/pigments visuels colorés
• Cellules ganglionnaires répondent aux contrastes locaux
Adaptation à la noirceur et
longueurs d’onde
Scotopique (bâtonnets)
Purkinje shift
Photopique (cônes)
bleu
rouge
Scotome : tache aveugle pathologique
• Limité à un oeil : lésion au
niveau de la rétine ou du
nerf optique
• Dans les deux hémichamps
temporaux (mais pas
nasaux) : lésion au niveau
du chiasme optique
• Dans les deux hémichamps
gauches (ou droits) : lésion
au niveau de tractus optique
Le problème de la perception
• Comment faisons-nous pour acquérir
des connaissances quasi-véridiques à
propos du monde extérieur?
Retour au pseudo-paradoxe de la
perception
• Si le monde est tel que nous le percevons, le cerveau est tel que nous le
percevons;
• Or 50% de la lumière visible ambiante traverse le médium oculaire * 20%
traverse les cellules de la rétine * moins de 1% de l’information dans les
récepteurs rétiniens sort des cellules ganglionnaires = moins de 0,1% de
l’information dans la lumière visible parvient au LGN;
• Donc le monde n’est pas tel que nous le percevons.