DE L’ŒIL AU CERVEAU : QUELQUES ASPECTS DE LA VISION Thème 3B Comment est organisé l’œil et quelle structure participe à la formation des images ? I. Organisation générale de l’œil des Vertébrés et perception visuelle 1. Le trajet de la lumière dans l’œil TP 1 : TP dissection œil + mise en évidence du rôle du cristallin Protocole de la dissection : http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/ATP/oeil.htm L’œil est limité par 3 enveloppes emboîtées : • La sclérotique : enveloppe blanche résistante dont la partie avant s’appelle la cornée. • La choroïde : très pigmentée avec de nombreux vaisseaux sanguins. Vers l’avant elle donne naissance à l’iris (partie colorée de l’œil) et à une ouverture appelée la pupille qui peut varier de diamètre en fonction de la luminosité. • La rétine : enveloppe photoréceptrice qui tapisse le fond de l’œil et sur laquelle se forment les images . Elle se prolonge par le nerf optique. • 2. Le cristallin : une lentille vivante • Le cristallin est formé de couches concentriques de cellules vivantes particulières qui renouvellent en permanence leur contenu. Les modalités de ce renouvellement sont indispensables à sa transparence. • Ces cellules survivent et fonctionnent tout au long de la vie de l’individu, en échangeant en permanence des éléments avec leur environnement. • Des anomalies de forme du cristallin expliquent certains défauts de vision. Avec l’âge sa transparence et sa souplesse/ élasticité peuvent être altérées. • Comment expliquer la présence d’un point aveugle et d’une acuité maximale au centre ? 3. La rétine: un écran sensible a.L’organisation de la rétine TP2 Partie 01: observation de coupes de rétine • La rétine est une structure complexe qui tapisse le fond de l’œil. • Elle est constituée de 3 couches de cellules nerveuses, dont une couche de cellules spécialisées dans la réception de la lumière = cellules photoréceptrices = photorécepteurs. • Les cellules photoréceptrices transforment le stimulus lumineux en message nerveux. Organisation de la rétine La fovéa C'est la zone où l'acuité visuelle est maximale car chaque photorécepteur est reliée à une seule cellule ganglionnaire (cf TP 2). Elle n'est constituée que de cônes Les cônes sont principalement concentré au niveau de la fovéa. En périphérie les bâtonnets sont majoritaire A gauche rétine périphérique, à droite rétine centrale 3. La rétine: un écran sensible a. L’organisation de la rétine Activité 2 : observation de coupes de rétine Il existe chez l’Homme, 2 types de photorécepteurs : • Les bâtonnets sensibles à l’intensité de la lumière. Ils sont principalement situés en périphérie de la rétine. • Les cônes permettent la vision des couleurs. Ils sont particulièrement concentrés en un point central de la rétine : la fovéa. Les photorécepteurs Comment l’Homme peut-il voir les couleurs ? Les primates ontils la même vision que nous ? b. La vision des couleurs Vision des couleurs et pigments rétiniens : les opsines Activité 2. Partie 2 tableau Les cônes contiennent des pigments rétiniens, de nature protéique, appelés les opsines. On distingue : • les cônes bleus caractérisés par l’opsine S, • les cônes verts caractérisés par l’opsine M • les cônes rouges caractérisés par l’opsine L, b. La vision des couleurs Vision des couleurs et pigments rétiniens : les opsines Activité 2. Partie 2 tableau • Les opsines absorbent des longueurs d’onde différentes de la lumière visible On parle de vision trichromatique lorsque 3 types de cônes sont présents chez une espèce. • Des anomalies au niveau de ces pigments peuvent conduire à des anomalies dans la perception des couleurs : exemple le daltonisme. Les pigments visuelles (Opsines et Rhodopsines) Les photorécepteurs contiennent des pigments qui leurs permettent de capter les photons: • La rhodopsine pour les bâtonnets • Les opsines pour les cônes. Ce sont des protéines très similaires qui sont codées par des gènes différents Les Cônes sont les cellules qui permettent de voir les couleurs, tandis que les bâtonnets sont utiles pour voir dans les faibles luminosités Vidéo TED ED: https://www.youtube.com/watch?v=l8_fZPHasdo Chaque cône est sensible à une fréquence lumineuse: ils permettent de voir les couleurs Les bâtonnets sont beaucoup plus sensibles : ils permettent de voir aux faibles intensités lumineuses. Vision des couleurs chez les Primates et histoire évolutive Activité 3 : partie 2 et 3 • Les gènes codant les pigments rétiniens constituent un ensemble de gènes dérivant d’un gène ancestral par duplication (copie), mutations et transposition (= déplacement d’un gène dans un autre endroit du génome) : on parle alors d’une famille multigénique. • L’étude de cette famille multigénique permet de placer l’Homme parmi les Primates. Les gènes des trois Opsines sont situées sur deux chromosomes différents. Pourtant leurs séquences sont proches et il est raisonnables qu'ils soient tous issus d'un unique gène ancestral. Evolution de la famille multigénique des gènes des trois Opsines chez Homo sapiens Comment l’information visuelle est-elle véhiculée du nerf optique au cerveau ? II. Cerveau et perception visuelle 1. Les voies visuelles et cortex visuel TP 3 : • Chaque œil possède son propre champ visuel (=ensemble de l’espace perçu horizontalement et verticalement par les yeux alors qu’ils restent immobile). • Hémichamp = moitié de champ visuel correspondant à la moitié perçu par un œil. • Lorsque les deux champs visuels se recoupent, on parle de vision binoculaire, c’est le cas pour l’Homme. II. Cerveau et perception visuelle 1. Les voies visuelles et cortex visuel TP 3 : • Le message nerveux visuel élaboré par la rétine est acheminé de l’œil au cerveau par le nerf optique. • Il parvient au niveau du cortex visuel localisé au niveau du lobe occipital, à l’arrière du cerveau (un relais cérébral s’effectue dans la partie médiane du cerveau). Comment et à quel endroit du cerveau se fait le traitement de l’information visuelle ? 2. Aires visuelles spécialisées et perception visuelle TP 3 Bilan : Plusieurs aires corticales constituent le cortex visuel. Elles coopèrent dans l’élaboration de la perception visuelle. L'aire V1 et V2 reçoivent les informations visuelles avant traitement. Ces aires interviennent dans la perception des contours. Et dans toute perception visuelle fine. •la reconnaissance des formes implique une collaboration entre visuelles et la mémoire: c'est l'intégration. •L'aire V3 dans la reconnaissance des formes. •L'aire V4 dans la perception des couleurs. •L'aire V5 dans la perception des mouvements. les aires Les aires visuelles fonctionnement du cortex visuel La reconnaissance des visages (Hors programme) • Vidéo: https://www.youtube.com/watch?v=ffUiTZLsy4o Les Illusion d'optiques (hors programme) • Il est possible de "tromper" le fonctionnement des aires visuelles et ainsi créer des illusion d'optiques L'aqueduc monte ou descend? M.C. Echer Triangle de Kanizsa • Voyez-vous le triangle? Quelles est la flèche la plus grande? Lignes parallèles Les lignes sont-elles parallèles? Quel est la ligne jaune la plus grande? Le rond orange le plus gros? Un visage dans le paysage 3 . Perturbation chimique de la Vision Comment l'information visuelle peutelle être perturbée chimiquement ? TP 4 Belin, p.34 https://g.redditmedia.com/5-9KkYbeWV4OXG73fs11OVe0FY1GW5IBAVLeJBA_0IE.gif?fm=mp4&mp4fragmented=false&s=178dac798a24aba9a3981537794ec77a Le LSD est une molécule chimique qui provoque des hallucinations visuelle. Le cerveau est perturbé par la drogue RAPPELs SUR LA COMMUNICATION SYNAPTIQUE La transmission de l'influx nerveux est de nature électrique (dépolarisation locale de la membrane plasmique) Comment une molécule chimique peut-elle perturber le message nerveux? L'influx éclectique ne peut pas passer d'un neurone à l'autre. A l'endroit où deux neurones sont connectés on observe une structure particulière: la synapse Vidéo : https://www.youtube.com/watch?v=hGDvvUNU-cw L'influx éclectique ne peut pas passer d'un neurone à l'autre. A l'endroit où deux neurones sont connectés on observe une structure particulière: la synapse Vidéo : https://www.youtube.com/watch?v=LrzWhuKYxew L'affaire du Pain Maudit Le 16 août 1951, une hystérie collective frappe Pont-Saint-Esprit, petit village paisible du Gard. Tout commence par une mystérieuse intoxication alimentaire collective. Les salles d’attente des deux médecins ne désemplissent pas. Près d’une vingtaine de malades viennent consulter pour des problèmes digestifs : nausées, vomissements, frissons, bouffées de chaleur. Les jours suivants, les symptômes s’aggravent et mutent en crises hallucinatoires insupportables. Les comptes rendus de l’époque décrivent la petite bourgade comme un enfer dantesque. Transportés à l’hôpital sur des charrettes ou des voitures, les malades hurlent, gémissent et s’insultent. D’autres, la bave aux lèvres, terrorisés par le bruit des sirènes des ambulances, déambulent dans les rues. Bêtes immondes, chimères et flashes colorés peuplent leurs délires, lorsque ce ne sont pas les flammes ou les voix d’outre-tombe. Pour expliquer l’ensemble des symptômes, on parle d’abord de pain infecté par l’ergot de seigle, sans pour autant parvenir à une certitude scientifique Découverte du LSD L’ergot de seigle (Claviceps purpurea) est un champignon toxique qui a fait de terribles ravages pendant le Moyen Âge et encore au cours des temps modernes, provoquant la gangrène des membres, des hallucinations, des accès de folie et souvent la mort. Plusieurs artistes, tels que Mathias Grünewald ou Jérôme Bosch, ont fixé sur toile ces drames humains. Les moines hospitaliers de Saint-Antoine ont eu pour mission de soigner dans leurs hospices religieux les malades atteints d’ergotisme dont les causes demeuraient néanmoins incompréhensibles pendant bien des siècles. C’est au cours du XIXe siècle, mais surtout pendant la première moitié du XXe, que des savants réussirent à isoler et à purifier la dizaine d’alcaloïdes, tous toxiques, contenus dans l’ergot de seigle et à en étudier les propriétés physiologiques. L'ergot du seigle Détail du Retable d'Issenheim par Grünewald vers 1514 : homme atteint du mal des ardents, au ventre gonflé et couvert d'ulcères. LSD et Vision On observe un lien entre la sérotonine et la perception visuelle. Des récepteurs spécifiques de la sérotonine sont localisés au niveau des corps cellulaires des neurones des corps grenouillé latéraux. La sérotonine est libérée au niveau du corps grenouillé. Le LSD, du fait de sa similitude avec la sérotonine se fixe sur les récepteurs de celle-ci au niveau du corps grenouillé et reste plus longtemps que le sérotonine dans la fente synaptique (car ne pouvant être recapturé par les neurones à sérotonine) il stimule les neurones postsynaptiques et exacerbe les perceptions visuelles. Il provoque la formation d'image même en l'absence de stimulation lumineuse et provoque par la suite un départ de messages nerveux vers le cortex : les hallucinations. Le LSD exerce donc la même action que la sérotonine. Les hallucinations sont donc dues à une perturbation de l'activité des neurones pyramidaux (du cortex). • Bilan • Des substances comme le LSD perturbent le fonctionnement des aires cérébrales associées à la vision donc une perception visuelle déformée, source d’hallucinations : on parle d’effets hallucinogènes. • L’usage répété de ces drogues peut dériver vers des perturbations cérébrales graves et définitives qui se traduisent par des comportements psychotiques ou des hallucinations spontanées 4. Vision et plasticité cérébrale • La Lecture est une activité cérébrale complexe qui met en relation plusieurs capacités neuronales: vision, langage, mémoire, etc... Belin, p.32 Pouvez-vous lire ce texte? … Belin, p.32 Enoncer à voix haute la couleur de ces mots le plus vite que vous pouvez. Belin, p.32 Comment l'acquisition de la lecture modifie le cerveau? De quelle manière le cerveau se transforme avec l'apprentissage de nouvelles compétences? https://www.allodocteurs.fr/maladies/cerveau-et-neurologie/avc-rupture-danevrisme/avc-la-plasticite-cerebrale-kesako_19674.html Un phénomène courant: l'écriture en miroir Figure 1. Fréquence et illustration des écritures en miroir des 23 caractères asymétriques, produites spontanément (sous la dictée) par 356 enfants entre cinq et six ans et demi Brain pathways for mirror discrimination learning during literacy acquisition. Upper: The Visual Word Form Area [VWFA] (in red) presents mirror invariance before alphabetization and mirror discrimination for letters after alphabetization. Lower: During alphabetization, the VWFA can receive top-down inputs with discriminative information from phonological, gestural (handwriting) and speech production areas and bottom-up inputs from lower level visual areas. All these inputs can help the VWFA to discriminate between mirror representations, thus correctly identifying letters to enable a fluent reading. Deroide et al. (2010). Plasticité cérébrale : de la théorie à la pratique dans le traitement de l’accident vasculaire cérébral. La revue de médecine interne 4. Vision et plasticité cérébrale TP 5: • BILAN : • La mise en place du phénotype fonctionnel des systèmes cérébraux impliqués dans la vision repose sur des structures cérébrales innées, issues de l’évolution, mais également sur la plasticité cérébrale au cours de l’histoire personnelle (expériences sensorielles). • la mémoire repose sur la plasticité cérébrale. • L’apprentissage, qui nécessite la sollicitation répétée des mêmes circuits neuroniques, repose également sur la plasticité cérébrale. La plasticité cérébrale décrit la capacité du cerveau à remodeler ses connexions en fonction de l'environnement et des expériences vécues par l'individu. Dès la vie fœtale, des connexions entre neurones se mettent en place. Plus tard, après la naissance, certaines connexions sont conservées et d'autres disparaissent. Plasticité cérébrale et apprentissage La plasticité cérébrale est à l'œuvre lors des apprentissages qui nécessitent le remaniement des circuits nerveux. C'est alors que certaines connexions sont renforcées entre les neurones (les synapses). Nous pouvons observer ce phénomènes lors de l'apprentissage de l'écriture Un exemple de plasticité cérébrale La plasticité cérébrale est aussi possible grâce des cellules indifférenciées qui peuvent remplacer des neurones détruits accidentellement. Ainsi après un AVC, des fonctions peuvent être récupérée en entrainant le cerveau qui va créer de nouvelles connexions pour suppléer aux neurones détruits
