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présentation VISION

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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
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