La représentation visuelle du monde

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La représentation visuelle du monde.
La vision est le sens le plus important pour l’Homme, celui qu’il utilise
le plus pour percevoir son environnement.
Les illusions d’optique nous montrent que ce sens peut être trompé : ceci nous
montre que dans la Vision, l’œil n’est pas seul en jeu : le cerveau joue un rôle
très important.
I L’œil, système optique de formation des images.
La dissection du globe oculaire montre qu’il est constitué
- De plusieurs enveloppes.
- De milieux transparents.
Les enveloppes de l’œil sont, de la plus externe à la plus interne :
- La sclérotique, blanche, brillante et opaque. C’est le blanc de l’œil. Elle protège l’intérieur du globe oculaire.
Elle devient transparente à l’avant du globe oculaire et fait légèrement saillie pour former la cornée.
- La choroïde, qui saigne quand on la coupe. La choroïde au sens strict est une membrane vascularisée et pigmentée en
brun. Elle empêche la lumière de diffuser et de se réfléchir dans l’œil et assure l’irrigation du globe oculaire.
Elle s’interrompt vars l’avant pour former l’iris, constitué de cellules musculaires et laissant une ouverture de diamètre
variable : la pupille. L’iris régule la quantité de lumière entrant dans l’œil.
- La rétine.
Les milieux transparents sont, de l’avant vers l’arrière :
- L’humeur aqueuse.
- Le cristallin, qui a des propriétés de lentille convergente.
- L’humeur vitrée, possédant aussi des propriétés de lentille convergente.
Dans le modèle de l’œil réduit, la lentille qui est figurée correspond dans le globe oculaire à la somme des propriétés optiques
de la cornée, du cristallin et de l’humeur vitrée.
Formation d’une image dans le modèle de l’œil réduit.

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II La rétine et son fonctionnement.
A. Quelques propriétés du champ visuel.
1. Sensibilité à la lumière.
2. Acuité visuelle.
3. Champs visuels des couleurs.
 On distingue sur la rétine une zone de vision centrale où se projette l’image de l’objet fixé et une zone de
vision périphérique.
 Zone de vision centrale : vision des couleurs et des détails mais faible sensibilité à la lumière.
 Zone périphérique : pas de perception des couleurs (vision en noir et blanc) et faible acuité mais sensible aux
faibles éclairements.
4. L’expérience de Mariotte.
On met en évidence l’existence d’une zone de la rétine qui n’est pas sensible à la lumière. C’est la tache aveugle.
B. Structure de la rétine.
1. Le fond de l’œil.
On y distingue la surface de la rétine, avec deux zones particulières :
- La macula lutea, creusée d’une petite dépression : la fovea. C’est anatomiquement le lieu de la vision centrale
telle qu’on l’a décrite.
- La tache aveugle, vers où convergent les vaisseaux. On l’appelle aussi disque du nerf optique.
2. La coupe de rétine.
Observée au microscope optique, la coupe de rétine d’œil de Cobaye montre une organisation en plusieurs
couches, avec :
- Contre la choroïde, une couche de cellules pigmentaires, avec des cellules riches en mélanine.
- Sous la précédente, une couche de cellules photoréceptrices.
- Une couche de cellules bipolaires.
- Une couche de cellules ganglionnaires.
La rétine est donc constituée d’une couche de cellules pigmentaires et de trois couches de cellules nerveuses : la rétine
est un tissu nerveux.
La lumière traverse deux couches de cellules nerveuses avant d’atteindre les cellules photoréceptrices.
C. Le fonctionnement de la rétine.
Les cellules photoréceptrices sont les cellules sensibles à la lumière.
1. Les photorécepteurs rétiniens.
On distingue sur leur « morphologie » deux grands types de cellules photoréceptrices : les cônes et les bâtonnets.
Les bâtonnets : il y en a 120 millions sur la rétine, ils sont de plus en nombreux en s’éloignant de la fovea où ils
sont absents. Ce sont les cellules de la vision périphérique : ils sont sensibles aux faibles intensités lumineuses et sans
discrimination de longueur d’onde.
Les cônes : il y en a 6 millions sur la rétine, ils sont de plus en plus nombreux en s’approchant de la fovea où ils
sont seuls. Ce sont les cellules de la vision centrale : ils sont moins sensibles aux faibles éclairements que les bâtonnets
mais permettent la vision des détails et des couleurs.
Il existe trois sortes de cônes, que l’on distingue sur la base de la longueur d’onde à laquelle ils sont les plus
sensibles. On reconnaît ainsi trois populations de cônes : bleu, vert et rouge. Ces trois couleurs suffisent à recomposer
toutes les couleurs.

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2. Mécanisme fondamental de la vision.
Problème : Comment l’image formée sur la rétine est-elle transformée en message nerveux ?
Le pigment rétinien ou pourpre rétinien est le support moléculaire de la sensibilité à la lumière : Il subit une transformation
chimique lorsque la lumière l’atteint.
L’arrivée de lumière provoque la transformation du pigment rétinien dans la cellule photoréceptrice , ce qui entraîne une
variation de l’activité électrique de la cellule.
Dans les parties éclairées, on aura transformation du pigment et donc variation de l’état électrique des cellules, alors que dans les
parties non éclairées de la rétine, le pigment n’est pas transformé, donc l’activité électrique ne varie pas.
On a donc la succession d’événements suivante.
Le phénomène de persistance rétinienne : une image reste sur la rétine 1/20 à 1/10 de seconde. Cette durée correspond au temps
nécessaire pour que les événements décrits plus haut se déroulent plus le temps pour que la cellule revienne à son état initial : retour
du pigment sous sa forme initiale et de la cellule à son état électrique initial.
Le pourpre rétinien est en fait le pigment des bâtonnets. On l’appelle aussi rhodopsine.
Les pigments des cônes sont appelés photopsines. Il en existe trois sortes, une pour chaque type de cône.
Cellule
photoréceptrice
Lumière
Transformation du
pigment rétinien.
Variation de l’activité
électrique.
Rétine
Cellule
bipolaire
Cellule
ganglionnair
e
Variation
de
l’activité
électrique.
Variation
de
l’activité
électrique.
Message
nerveux
cerveau

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III Conduction et traitement de l’information.
A. Les voies visuelles.
1. Le trajet de l’information.
La variation de l’état électrique des cellules photoréceptrices est transmise aux cellules bipolaires puis aux cellules
ganglionnaires. C’est au niveau des cellules ganglionnaires que naît le message nerveux proprement dit.
Si on compte le nombre de noyaux de chaque couche sur la coupe de rétine, on s’aperçoit qu’il y en a de moins en moins : on devine
ici l’existence dés la rétine d’un traitement de l’information.
Au niveau de la fovea, d’une part les cônes sont très nombreux et très proches, et d’autre part un cône est en contact avec une
ou plusieurs cellules bipolaires. On parle de câblage divergent. Ainsi l’information est finement analysée, d’où la vision des détails.
En périphérie, une cellule bipolaire reçoit des informations de plusieurs bâtonnets. On parle de câblage convergent. L’analyse est
grossière, puisque l’information peut provenir de plusieurs bâtonnets, d’où la faible acuité périphérique, mais on va avoir sur la cellule
bipolaire une sommation des faibles stimulations des bâtonnets, d’où la plus grande sensibilité.
Sur les cellules ganglionnaires on a un véritable message nerveux. Leurs prolongements convergent vers la tache aveugle
pour former le nerf optique.
Dans le cerveau, ces prolongements vont aboutir à un relais où le message sera transmis à d’autres cellules nerveuses, qui vont se
prolonger jusqu’au cortex occipital.
On remarque qu’une partie des prolongements croise au niveau du chiasma optique.
La rétine se projette ainsi sur le cortex occipital par moitié de rétine : par exemple la moitié gauche de chaque rétine se projette sur le
cortex gauche.
2. Notion de relais synaptique.
Comment se transmet-il d’une cellule nerveuse à un autre ?
La zone de transmission du message d’une cellule nerveuse à une autre est appelée la synapse.
Elle met en contact l’axone de la cellule présynaptique avec une dendrite de la cellule postsynaptique.
L’axone de la cellule présynaptique se termine par une terminaison axonale, reconnaissable à la présence de nombreuses
vésicules synaptiques. Il met ainsi sa membrane présynaptique face à la membrane postsynaptique de la dendrite de la cellule
postsynaptique. Ces deux membranes sont séparées par l’espace de la fente synaptique.
L’arrivée d’un message nerveux provoque la libération d’une substance chimique : un neuromédiateur, dans l’espace
synaptique, par fusion des vésicules synaptiques avec la membrane présynaptique.
Le neuromédiateur était jusqu’alors contenu dans les vésicules.
Le neuromédiateur va aller se fixer sur des récepteurs qui lui sont spécifiques, c’est à dire qui vont le reconnaître lui et pas
une autre substance, et qui sont présents sur la membrane postsynaptique.
On a alors naissance d’un nouveau message électrique sur l’élément postsynaptique.
Le neuromédiateur est dégradé : le message s’arrête.
Certaines substances sont capables d’altérer la communication entre les cellules nerveuses. En langage courant, ce sont des
drogues.

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B. Intégration des signaux par le Cerveau.
1. Les aires du cortex impliquées.
Rappel : dans l’encéphale on distingue
- Un cortex, qui forme 2 à 4 mm d’épaisseur et qui est constitué de corps cellulaires de neurones.
- La substance blanche, constituée d’axones de neurones, sous le cortex.
C’est l’activité du cortex qui est à l’origine des facultés cérébrales.
Pour déterminer quelles sont les parties actives du cortex, on utilise plusieurs techniques permettant de mesurer des variations
du débit sanguin. Dans une aire du cortex active, on observe une augmentation du débit sanguin.
Tomographie par émission de positons (ou positrons; TEP) : après injection d'un produit radioactif, la TEP permet de détecter des variations localisées du débit
sanguin qui traduisent des variations de l'activité. Un ensemble de capteurs (appelés « caméra » ) est placé autour de la tête du sujet. La caméra est couplée à un
ordinateur qui traduit les variations détectées par des couleurs.
Imagerie par résonante magnétique (IRM) fonctionnelle: l'IRMf traduit des variations des propriétés magnétiques de certaines molécules présentes dans l'organisme.
L'IRM fonctionnelle permet de détecter les régions du cerveau qui consomment le plus d'oxygène et qui sont donc les plus actives.
On constate que sur le cortex visuel des aires vont réagir spécifiquement à certains aspects de l’information visuelle : on a sur le
cortex une spécialisation des régions dans le traitement d’un type d’information.
L’aire visuelle primaire, dans la région occipitale, est la zone d’entrée des messages nerveux venus des yeux. La rétine s’y projette
point par point, c’est à dire qu’à un point de la rétine correspond un point sur le cortex.
Cette aire primaire va distribuer ces informations vers d’autres aires spécialisées qui traitent en parallèle les différentes composantes
de l’image : couleurs, formes, mouvements…
Ces aires spécialisées s’organisent en deux grands ensembles , l’un localisant et déterminant le déplacement des objets dans l’espace :
ensemble du où, l’autre identifiant les objets : ensemble du quoi.
L’élaboration d’une perception globale de l’objet va mettre en jeu des échanges entre les différentes aires spécialisées et
une intégration de l’ensemble des informations traitées simultanément.
2. Le rôle de l’apprentissage.
Dans la construction de cette perception visuelle, l’apprentissage reçu a une grande influence. Les expériences et
l’apprentissage modifient les connections entre neurones (plasticité cérébrale) et donc le traitement de l’information.
Ce rôle de l’apprentissage se retrouve :
- Dans la disparition de la tache aveugle : le cerveau a appris à la faire disparaître.
- Dans le fait que l’image n’est pas perçue inversée.
- Dans la fusion des images rétiniennes : expérience « le Poisson dans la nasse ». Il y a deux yeux donc deux images
reçues mais le Cerveau les fusionne en une seule.
- Dans la perception du relief : le Cerveau utilise le décalage entre les deux images pour appréhender la profondeur. Les
très jeunes enfants ne possèdent pas cette perception de la profondeur et essayent parfois d’attraper des objets hors de
leur portée.
La perception du monde diffère donc d’un individu à l’autre bien qu’ils aient à la naissance des cerveaux équivalents, du fait
même du rôle de l’apprentissage, parce qu’ils n’ont pas eu les mêmes expériences.