La représentation visuelle du monde

La représentation visuelle du monde
Introduction :
Stimulus visuel → organe sensoriel (œil) → nerf optique → centre nerveux → nerf moteur → organe effecteur (muscle) → réponse
message nerveux visuel
message nerveux moteur
Notre organisme est en relation avec le milieu extérieur par l’intermédiaire des organes sensoriels qui
contiennent des cellules spécialisées dans la réception d’un certain type de stimulus.
Les organes sensoriels qui reçoivent les stimuli élaborent un message nerveux lui-même conduit par
les nerfs jusqu'aux centres nerveux.
Les principaux sens sont : vision, audition, olfaction, gustation et toucher.
Remarque : la majorité de l’information venant du monde extérieur passe par l’œil.
Comment l'œil nous permet-il de percevoir notre environnement ?
1 L’œil : système optique de la formation des images.
Quelles sont les structures permettant la réception des stimuli lumineux ?
Quelles sont les caractéristiques de ce système optique ?
TP1 : Système optique et formation des images.
1.1 L’œil est un récepteur sensoriel complexe.
Remarque : l’œil est protégé par deux paupières ciliées.
L'œil est formé de trois enveloppes emboîtées :
•
la sclérotique la plus externe et la plus
épaisse, de couleur blanche,
•
la
choroïde
tapisse
intérieurement
la
sclérotique, sauf au niveau de la cornée, l’iris
étant sa partie antérieure, avec en son centre la
pupille,
•
la rétine est un tissu nerveux qui se prolonge
par le nerf optique.
Les cavités de l'œil contiennent des milieux
transparents, ce qui rend possible la formation d’images
sur la rétine.
Ces milieux transparents sont :
•
la cornée,
•
l’humeur aqueuse,
•
le cristallin en arrière de la pupille qui est capable de se déformer.
•
l’humeur vitrée.
1.2 Les images se forment sur la rétine.
Les rayons lumineux traversent les milieux transparents de l’œil, jusqu’à la rétine, où se forme une
image inversée et plus petite de l’objet, au niveau de la fovéa. La lumière pénètre par la pupille dont le
diamètre est contrôlé par l’iris à la manière d’un diaphragme. Ce système permet de contrôler la
quantité de lumière entrante. Le cristallin déformable permet la mise au point ou accommodation.
Il existe au niveau de la rétine une zone ou l'image n'est pas perçue : c'est le point aveugle.
L'image perçue par les deux rétines est donc incomplète, inversée et binoculaire.
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1.3 Conclusion.
L'œil est limité par trois enveloppes emboîtées : la sclérotique, la choroïde, et la rétine qui
se prolonge par le nerf optique.
Il comprend des milieux transparents (cornée, humeur aqueuse, cristallin, humeur vitrée)
qui rendent possible la formation d'images sur la rétine.
Comment la rétine génère-t-elle des messages nerveux visuels ?
2 La rétine : les photorécepteurs rétiniens génèrent des
messages sensoriels.
2.1 La structure de la rétine.
TP2 : La structure de la rétine.
La rétine est formée d’un ensemble de
cellules nerveuses. C’est une fine enveloppe de
trois couches de neurones :
•
couche des photorécepteurs de
deux types : les cônes et les
bâtonnets,
•
couche des neurones bipolaires
(intermédiaires
entre
les
photorécepteurs
et
les
neurones
ganglionnaires),
•
couche
des
neurones
ganglionnaires
dont
les
prolongements forment le nerf optique.
Les photorécepteurs sont des neurones très courts avec une partie externe contenant des pigments
photosensibles.
Cette partie externe est cylindrique chez les bâtonnets et conique chez les cônes.
Les cônes et les bâtonnets ont une répartition variable :
•
les cônes sont plus nombreux au niveau de la fovéa,
•
les bâtonnets sont plus nombreux dans la rétine périphérique.
2.2 L'acuité visuelle varie selon les zones rétiniennes.
L’acuité visuelle est la capacité à distinguer deux objets.
Au niveau de la fovéa (axe optique), l'acuité visuelle y est maximale pour trois raisons :
•
les cônes y sont très nombreux : 160 000 par mm2 (les bâtonnets y sont absents),
•
chaque cône est relié à un seul neurone bipolaire, lui-même relié à un seul neurone
ganglionnaire : il n'y a donc pas convergence de l'information nerveuse visuelle.
•
les neurones bipolaires et les neurones ganglionnaires sont rejetés latéralement, alors qu'ils sont
traversés par la lumière dans les autres régions de la rétine.
Au niveau de la rétine périphérique, l'acuité visuelle y est faible pour trois raisons :
•
les bâtonnets y sont moins nombreux à mesure que l'on s'éloigne de l'axe optique (les cônes y sont
presque absents),
•
chaque neurone ganglionnaire reçoit l'information de plusieurs neurones bipolaires, eux-même
recevant celle de plusieurs photorécepteurs : on dit qu'il y a convergence de l'information
nerveuse visuelle.
•
La lumière doit traverser les corps cellulaires des neurones bipolaires et des neurones
ganglionnaires.
En revanche, les photorécepteurs sont absents au niveau du point aveugle qui correspond au départ
du nerf optique.
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2.3 Le rôle des photorécepteurs rétiniens.
TP3 : Le fonctionnement de la rétine.
2.3.1 La stimulation des photorécepteurs rétiniens.
Les bâtonnets sont des photorécepteurs qui fonctionnent à faible éclairement mais ne permettant pas
la vision des couleurs.
La rétine humaine possède trois types de cônes présentant chacun un maximum de sensibilité pour
une longueur d’onde donnée : le rouge, le vert et le bleu.
Ils participent à la vision des couleurs mais sont beaucoup moins sensibles à la lumière que les
bâtonnets.
Bâtonnets
Cônes
Position
Périphérique
Centrale
Couleurs
Nuances de gris
Couleurs
Nocturne
Diurne
Type de vision
Remarque : Les cônes se distinguent par le pigment qu’ils renferment. En effet, les individus atteints
de daltonisme ne possèdent pas un des pigments des cônes. Certaines couleurs (comme le rouge) ne sont
donc pas perçues.
2.3.2 La persistance des images rétiniennes.
Une succession rapide d’images fixes est perçue comme continue. La raison est que les pigments
rétiniens n’ont pas le temps de se régénérer entre deux images. Ce principe de persistance rétinienne est
à la base du cinéma.
2.3.3 Conclusion.
Les yeux permettent la formation d' images sur la rétine qui est formée de cellules nerveuses
spécialisées dans la réception des signaux lumineux : les photorécepteurs.
Il existe deux grands types de photorécepteurs : les cônes et les bâtonnets. Chacun de ces
récepteurs ont des propriétés et des rôles différents. La représentation visuelle du monde est
dépendante de la diversité et des propriétés des photorécepteurs rétiniens.
Comment le cerveau produit-il une image à partir du message nerveux visuel transmis par le nerf
optique ?
2.4 Les voies visuelles.
Rappel : L’absorption de la lumière par les pigments rétiniens des cônes et des bâtonnets est à
l’origine d’un message nerveux sensoriel propagé par les fibres nerveuses du nerf optique.
TP4 : L'acheminement du message nerveux visuel vers le cortex visuel.
2.4.1 Le nerf optique transmet le message nerveux visuel.
Le message nerveux visuel est transmis par les deux nerfs optiques qui
se croisent au niveau du chiasma optique.
Au niveau de ce croisement, les fibres nerveuses issues de la moitié
nasale de chaque rétine se dirigent vers l’hémisphère cérébral opposé.
Tandis que, les fibres issues de la moitié temporale restent du même
côté.
Les fibres nerveuses du nerf optique arrivent à un relais cérébral au
niveau du thalamus : il s’agit d’un relais synaptique. Le message est transmis
à d'autres neurones par l'intermédiaire de synapses.
Les voies visuelles se terminent dans le cortex occipital, à l’arrière du
cerveau.
Ainsi, le cortex visuel gauche perçoit le champ visuel droit, et le cortex
visuel droit perçoit le champ visuel gauche.
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2.4.2 La transmission synaptique.
La synapse est une zone de contact entre les extrémités de
deux neurones entre lesquels subsiste un espace.
La communication au niveau de ce relais synaptique se fait
par des neurotransmetteurs (message chimique) libérés par
les neurones pré-synaptiques. Ces neurotransmetteurs se
fixent sur des récepteurs des neurones post-synaptiques. Il y
a donc transmission du message nerveux visuel.
Des substances chimiques (comme le LSD) génèrent des
messages erronés qui perturbent la transmission synaptique
en se fixant sur les récepteurs post synaptiques. Cela crée des
hallucinations visuelles.
2.4.3 Conclusion.
Les messages nerveux véhiculés par les fibres du nerf optique aboutissent à un relais
cérébral connecté aux aires du cortex visuel occipital.
Les fibres du nerf optique communiquent avec le relais cérébral au niveau des synapses par
un message chimique. Toute perturbation du fonctionnement des synapses sous l'action de
substances chimiques a des conséquences sur le fonctionnement des neurones.
Comment le message nerveux visuel est-il compris par le cerveau ?
3 Le cerveau : un exemple d'intégration des signaux.
TP5 : Le fonctionnement du cortex visuel.
3.1 L'intégration du message nerveux par le cerveau.
Le cortex visuel comporte plusieurs aires qui répondent de façon spécifique à des aspects
différents du stimulus visuel (couleur, direction du mouvement, reconnaissance des formes).
D'autres aires corticales participent à l'élaboration de la perception visuelle (cortex
temporal, pariétal...).
Les différentes aires du cortex visuel échangent en permanence des informations qui
permettent une perception visuelle globale des objets.
3.2 Le déterminisme génétique et la plasticité cérébrale.
L'organisation générale du cortex visuel est la même pour tous (déterminisme génétique).
Les apprentissages et les expériences acquises sont à l'origine d'une organisation différente
des réseaux de neurones corticaux (cortex cérébral). Aucun cerveau ne voit donc le monde
exactement comme un autre (plasticité cérébrale).
3.3 Conclusion.
La
représentation
environnement dépend
notre cerveau.
visuelle
de
notre
du fonctionnement de
L'organisation générale du cortex visuel est la
même pour tous car elle est déterminée
génétiquement. En revanche, les neurones du
cortex visuel ont une organisation variable d’un
individu à un autre.
En effet, ce sont les apprentissages et les
expériences acquises qui sont à l’origine de ces
différences.
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