Chapitre 10 - Cours de SVT niveau lycée

Chapitre10:lavision:del’œilaucerveau
Aprojeter:œildanslerègneanimal
L’œilestunorganesensorielspécialisédanslaperceptionvisuelle.C’estunorganedessensessentiel
danslamiseenrelationdel’organismeaveclemondeextérieur.L’organisationdel’œilluipermet
d’êtresensibleauxstimulationslumineusesetdelesconvertirenmessagesnerveux.
Problématiques:Quelleestlastructuredel’œil?Quellessontlescaractéristiquesdu
cristallin?
TP1:dissectionœil–observationcristallin
1. Lecristallin,unelentillevivante
A. Lesrôlesducristallin
Lecristallinfaitpartiedessystèmestransparentsdel’œilhumain.Ontrouvesuccessivement,la
cornée,l’humeuraqueuse,lecristallinetl’humeurvitrée.C’estunelentille«biconvexe»quiassure
uneconvergencedesrayonslumineuxsurlarétine.
Lecristallinestaussiresponsabledel’accommodation,c’estàdirelavisionnettedesobjetsplusou
moinsproches.Ilestcapableensedéformantdemodifierlavergencecequiassurelanettetédes
imagesrétiniennes.
B. Lescellulesducristallin
Document:organisationdescellulesducristallin
Lecristallinestunorganevivantnonvascularisé.Ilestconstituédecellulesquisedivisentetontune
activitémétabolique.Cescellulesresponsablesdelatransparenceducristallinontdes
caractéristiquestrèsparticulières:
 Lescellulesseformentparmitosesenpériphérieducristallinpuissontpousséesparles
jeunescellulesverslecentreducristallin.Lescellulessemultiplientpendantlavie
embryonnaire,trèspeusontforméesaprès20ans.Ellesnesontjamaisremplacées:la
structureducristallinn’estdoncjamaisrenouvelée.
 Aucoursdel’évolution,lescellulesperdentleurnoyauetlesorganites.Lecytoplasmese
présentealorssousformed’ungeldeprotéines(lescristallines)formantunréseaucristallin
transparent.Lescellulesducristallinreçoiventlesélémentsnécessairesàleurmétabolisme
(eau,glucose,ions)deshumeursvitréeetaqueuse.Ellespossèdentdansleurmembranedes
aquaporines(protéinecanal)quipermettentlepassagedel’eauetduglucoseentreles
cellules.etdesconnexons(protéinesquiconnectentlesdifférentescellulesentreelles).
Amaturité,lescellulesducristallinformentdeslamestransparentesde1cmdelongpour10
µmdelargeuret4.5µmd’épaisseur.
Muscledroitlatéral
Zoneciliaireoucorpsciliaire
Iris
Cornée
Pupille
Cristallin
Humeuraqueuse
Humeurvitrée
Rétine
Choroïde
Sclèreousclérotique
Fovéa
Disquedunerfoptique
oudépartdunerf
optique
Nerfoptique

C. Desanomaliesdelavision
Ledysfonctionnementducristallinavecletempsestàl’originedecertainstroublesdelavision:
 Lapresbytiecorrespondàunediminutiondescapacitésd’accommodation.Avecl’âgele
cristallindevientmoissoupleetparvientdifficilementàaugmentersavergence.Ce
phénomèneconduitàporterdeslunettespourlavisionrapprochée.
 Lacataractesemanifesteparuneopacificationprogressiveducristallin.Lacauseestliéeà
uneprécipitationdesprotéinesducytoplasmedescellules(lescristallines)etunmanquede
connexonsentrelescellulesducristallin.Lacataractenécessiteuneopération,avecmiseen
placed’unimplantartificiel.Ellerestelapremièrecausedecécitédanslemonde(18millions
depersonnesselonl’OMS)
Rq.Ilexisted’autresanomaliesdelavision:myopie–hypermétropie,celles‐ciontpouroriginedes
pathologiesliéesàlaformedel’œil(voirecoursd’optiquedephysiquechimie)
Conclusion:Lecristallinestl’undessystèmestransparentsdel’œilhumain.Ilestformédecellules
vivantessansnoyauetsansorganites,composéesdeprotéinescytoplasmiquesàl’originedela
transparencedecesystème.Avecl’âgesatransparenceetsasouplessepeuventêtrealtérées.
Lessignauxlumineux,aprèsavoirtraverséslesmilieuxtransparentsdel’œil,finissentleurstrajetssur
larétine.Celle‐ciestl’organesensitifdel’œil.
Problèmes:Quelleestl’organisationdelarétine?Quellessontlescellulessensoriellessensiblesàla
lumière?
TP2:structuredelarétine
2. Lesrôlesdesphotorécepteursdelarétine
A. Lastructuredelarétine
Larétineestuntissunerveuxtrèsfin(entre0.1et0.5mm)composédedifférentescouches.Une
couchesituéeenprofondeuretprochedelachoroïdeestconstituéedecellulesparticulières:les
photorécepteurs.
AplacerdocumentstructuredelarétinecomplétélorsduTP2
Correction:Document:structurecellulairedelarétine
Lescellulesphotoréceptrices(130millions)sontles
cônesetlesbâtonnets.Cesphotorécepteurssontreliésà
unedeuxièmecouchedeneurones(cellulesbipolaires)
eux‐mêmesconnectésàunetroisièmecouchede
neurones(Cellulesganglionnairesoumultipolaires).Les
prolongementsaxoniquesdescellulesmultipolaires
formentlenerfoptique.
Lesphotorécepteurssontdescellulesquirefermentun
pigmentphotosensible
B. Lespropriétésdesphotorécepteurs
Ilexistedeuxtypesdesphotorécepteursrétiniens,lesbâtonnetsetlescônes:
 Lesbâtonnets(95%,100millions).Ilspeuventréagiràdeséclairementstrèsfaibles,utilisés
pourlavisioncrépusculaire.Ilsnesontpasimpliquésdanslavisiondescouleurs,sontutiles
pourdistinguerdifférentsniveauxdeclartés.
 Lescônes(5%,6millions).Ilssontmoinssensiblesàlalumièreetpermettentlavisiondes
couleursetlaperceptiondesimagesdétaillées.Ilexiste3typesdecônesenfonctiondes
pigments(lesopsines)qu’ilspossèdent.

Miseenévidencedes3typesdecônes:livrepage309
Expliquerl’originedudaltonisme?Aprojeter:testdaltonisme
Grâceauxpigments,lesphotorécepteurspeuventconvertirunestimulationlumineuse(énergie
véhiculéeparlalumière)enunmessagenerveuxquiseravéhiculéjusqu’aucerveau:lemessage
nerveuxestd’abordtransmisauxneuronesbipolaires,puisauxneuronesganglionnaireset,enfin
véhiculéslelongdesdifférentsaxonesjusqu’àlabasedunerfoptique(auniveaudelatâche
aveugle).Lestimulusestdonctransforméenmessageélectriqueàl’originedumessagenerveux.
Contrairementauxbâtonnets,quinecontiennentqu’unseultypedepigment,larhodopsine,ilya3
catégoriesdecônesquel’ondifférencieparlespigmentsqu’ilscontiennent.Cesderniers
appartiennentàlafamilledesopsines.
Chacundecespigmentsestsensibleàunelongueurd’ondeparticulièredelalumière.C’estainsique
leurnomfaitréférenceàlazonedecouleurouleurpigmentestsensible:«cônesbleuscontenant
del’opsineS»,«cônesvertscontenantdel’opsineM»et«cônesrougescontenantdel’opsineL».
C. Larépartitiondesphotorécepteursdanslarétine.
Larépartitiondesphotorécepteursdanslarétinen’estpasquelconque:
 Lafovéa,zonecentraledelarétinenecomportequedescônes.Cettezonepermetune
visionpréciseetencouleur(acuitévisuellemaximale)
 Aufuretàmesurequel’ons’éloignedelafovéa,lescônesvontdevenirdeplusenplusrares
jusqu’àdisparaitre.Parcontrelesbâtonnetssontdeplusenplusnombreuxversla
périphérie.Lesobjetssituésàlapériphérieduchampvisuelsontdoncperçusavecunefaible
acuitéetunemauvaisevisiondescouleursmaisleurdétectionestpossiblemêmesileur
luminanceestfaible.(l’œilperçoitlalumièred’unebougiesituéeà27Kmsil’airestlimpide).
Enpratiquelesystèmedescônesestutilisédanslavisiondiurne(lesystèmedesbâtonnetsestalors
saturé).Lesbâtonnetsn’interviennentquelorsdelavisioncrépusculaire.Larétinitepigmentaire
s’expliqueparunedégénérescencedesbâtonnets,puisplustardivementunedégénérescencedes
cônes.Lavisiondevientdifficilepourdefaibleéclairementetlechampdevisionserétrécit,le
maladeàl’impressiond’êtredansuntunnel.Ils’agitd’unemaladiegénétique.
Conclusion:Larétineestuntissunerveuxhétérogène,constituédedifférentstypesdeneurones,
dontlesphotorécepteurs.Lesstimulilumineuxsontcaptéspardespigmentsprésentsauniveaudes
cônesetbâtonnetsquilestransformentenmessagesnerveuxvéhiculésparlenerfoptique.Les
bâtonnetsnecontiennentqu’untypedepigment,larhodopsineetlescônestroistypesd’opsine
(pigments)sensiblesàtroislongueursd’ondes,lebleu,levertetlerouge.
TP3:lesopsinesdesprimates
3. Lesphotorécepteurs:unproduitdel’évolution
Chezl’hommelavisiondescouleursestditetrichromatique,ellereposesurlesinformationsde3
typesdecônes.Lescônespossèdentunpigmentdenatureprotéique,l’opsine.Ilexistechez
l’hommetroistypesd’opsineenfonctiondeleurmaximumd’absorptiondelalumière.L’opsineS
avecunmaximumd’absorptionpourleslongueursd’ondecorrespondantaubleu(cônebleu),
l’opsineM(cônevert)etl’opsinerouge(cônerouge).Chaquecatégoried’opsine(protéine)estcodée
parungène.
 Lanotiondefamillemultigénique:
Lacomparaisondesséquencesenacidesaminésdesopsinesoucelledesséquencesennucléotides
desquatregènesrévèledefortessimilitudes.Unteldegrédesimilituden’estpaslefruitduhasard,
maisattested’uneoriginecommune,desquatregènesdesopsines.Ilsdériventd’ungèneancestral
etformeunefamillemultigénique.
Rq.Lesscientifiquesconsidèrentqu’unesimilitudesupérieureà20%entre2moléculesnepeut
êtredueauhasardetindiquedoncuneoriginecommunepourles2molécules.
 Lemécanismeàl’origined’unefamillemultigéniqueestlesuivant:
Legèneancestralaétédupliqué(lorsd’accidentdelaméiose)puistransposésurunautre
chromosomeousurlemême.Onobtientdeuxgènesidentiques,legèneancestraletleduplicata.
Aucoursdutemps,chaquecopiedugène(legèneancestralouleduplicata)peutsubirdes
mutationsponctuellesàl’originedegènesdifférents.

Larépétitiondecesmécanismesaucoursdutempsconduitàuneaugmentationdunombrede
gènesquiprésententdegrandessimilitudesetformentlafamillemultigéniquedesopsinesà
l’originedelavisiontrichromatique.Danslecasdesopsines,deuxduplicationsàpartird’ungène
ancestralontconduitauxtroisgènesdesopsines(Lessimilitudeslesplusimportantesentreles
séquencesdesgènesdesopsinesMetLmontrequecetteduplicationestlaplusrécentedansle
temps).
Rq.Plusladuplicationd’ungèneestancienneetplusles2gènesquienrésultentsontdifférents.
Document:formationfamillemultigéniquedesopsines
 Lesliensdeparentéentreprimates
Seull’hommeetlessingesdel’ancienmondepossèdenttroisgènescodantslesopsines,alorsqueles
singesdunouveaumondenepossèdentquedeuxgènes(visiondichromatique).L’hommeetles
singesdel’ancienmonde(chimpanzéenparticulier)partagentdoncuncaractèreencommun(le
gènedel’opsinesensibleauvert)quenepossèdentpaslesautresprimates.Cesdeuxespèces
(hommeetsingesdel’ancienmonde)possèdentdoncunancêtrecommunplusrécentquecelui
partagéaveclesautresprimates,ilprésenteuneforteparenté.
Documentarbrephylogénétiquesimplifiédesprimates.
Aprojeterarbrephylogénétiquesinges
Problèmes:Quelleestlarelationentrenerfoptiqueetcerveau?
Commentlecerveaupermet‐illaperceptionvisuelle?
TP4:lesvoiesvisuellesetl’organisationducortexvisuel
4. Del’œilaucerveau:laperceptionvisuel
A. Lesvoiesvisuelles
AprojetercorrectionvoiesvisuellesTP4
Larétinedechaqueœilestdiviséeenhémirétine
temporaleethémirétinenasale,chaquepartieest
distincteetestenrelationaveclecortexvisuel.
Ainsi,lesaxonesprovenantdeshémirétines
nasalessecroisentauniveauduchiasmaoptique
etseprojettentducôtéopposé.(ex:hémirétine
nasaledroiteseprojettedanslecortexvisuel
gauche).
Enrevanche,lesaxonesprovenantdes
hémirétinestemporalesnesecroisentpasau
niveauduchiasmaoptiqueetseprojettentdu
mêmecôté(ex:hémirétinetemporalegauchese
projettedanslecortexvisuelgauche).
DocumentcomplétélorsduTP4àplacer
B. Lesairescorticalesdelavision
1. Anatomieducerveau
Lecerveauestdiviséen2hémisphèrescérébrauxquiprésententdenombreuxreplis:les
circonvolutionslimitéespardessillons.Certainssillonsplusprofonds(=scissures)permettentde
diviserchaquehémisphèresen4lobes:frontal,pariétal,temporaletoccipital.
Aprojeteranatomieducerveau.
Lecortexcérébralconstituelerevêtementexternedeshémisphèrescérébraux,ilcontient
essentiellementlescorpscellulairesetlesdendritesdesneuronescequiluidonneunaspectplus
sombrequelereste,c’estlasubstancegrise.
Plusàl’intérieur,onobserveuntissuclair:lasubstanceblancheconstituéedesfaisceauxdefibres
d’axone.

2. Etudeducortexvisuel
Touslesmessagesnerveuxenprovenancedelarétineconvergentverslecortexvisuelprimaire
(airesV1etV2)localiséauniveaudulobeoccipital.
Dessindes2femmespourillustrerlanotiondeperception
Lesairescérébralesspécialisées:
L’arrivéedesmessagesnerveuxauniveaudel’airprimairenesuffitpasà
avoiruneperceptionvisuelle.Lesinformationsnerveusessonttraitées
pardesairesvoisines(aumoinscinq)quigèrentlesdifférentes
caractéristiquesd’unobjetcommelacouleur,lemouvement,lesformes
géométriques.
Laperceptionvisuellerésulted’uneintégrationdel’ensembledes
messagestraitésparlesdifférentesairescorticalesdelavision.
Remarque:Lareconnaissanced’unobjetd’unvisagenécessiteunecollaborationentrelesaires
visuellesetlamémoire.
Organisationdesairescorticalesdelavision
C. Substanceschimiquesetperceptionvisuelle
1. Lacommunicationentreneurones:lessynapses
Lesaxonesdescellulesganglionnairesquiconstituentlenerfoptiqueneseprojettentpas
directementauniveaudel’airevisuelleprimaire.Onobserveuneinterruptiondeleurtrajetau
niveaudesrelaiscérébraux.Danscesderniers,ilsvontcommuniqueravecd’autresneuronesparle
biaisdesynapsesavantderejoindrelecortexvisuel.
Auniveaudessynapses,c'est‐à‐direlazonedecommunicationentrelesterminaisonsdesaxonesdes
cellulesganglionnairesetlesneuronesdurelais,lemessagenerveuxnepeutpaspasserdirectement,
carunespaceséparelesneurones.Ilyadoncinterventiondemoléculeschimiques,les
neurotransmetteursquisontlibérésdesaxonesetcaptésparlesneuronesdurelaiscérébral.Ace
niveau,cemessagechimiqueseradenouveauconvertienunmessagenerveuxquipourraêtre
véhiculéjusqu’aucerveau.
Activitéstructureetfonctionnementd’unesynapse
2. Lesperturbationschimiquesdelaperception
CertainessubstancescommeleLSDsontqualifiéesd’hallucinogènescarellesmodifientles
caractéristiquesdesimagesobservées(laforme,lemouvement,lescouleurs).Certainesimages
perçuesnecorrespondentàaucuneimageréelle,ils’agitdeshallucinations.
LesmoléculescommeleLSDprésententunestructuremoléculairetrèsprochedes
neurotransmetteursnaturelsdelasynapse.Ellesperturbentlefonctionnementdesairescérébrales
ensefixantauxrécepteurssynaptiquesàlaplacedesneurotransmetteursnaturelsdessynapses.
D. Plasticitécérébraleetvision
Ledéveloppementd’uncortexvisuelfonctionnelreposesurdesstructurescérébralesinnées
héritéesdel’évolution.Ildépendégalementdel’expériencevisuelleprécocedechaqueindividu
aprèslanaissancequipeutinduiredesréarrangementsneuronauxauseinducortexvisuel.Cette
plasticitécérébrales’observetoutaulongdelavie.
L’apprentissageetlamémorisationreposentégalementsurlaplasticitéducerveau;L’apprentissage
impliqueunesollicitationrépétéedecircuitsdeneurones,quimodifielesconnexionsentreces
neurones.
Conclusion:
Lavisionreposesurlefonctionnementdel’œiletdutraitementcortical.Lareconnaissancedes
formesnécessiteunecollaborationentrelesairesvisuellesetlamémoire.Celle‐cireposesurla
plasticitécérébrale,demêmequel’apprentissage.Ainsilamiseenplaceduphénotypefonctionnel
dusystèmecérébralimpliquédanslavisionreposesurdesstructurescérébralesinnéesissuesde
l’évolutionetsurlaplasticitécérébraleaucoursdel’histoirepersonnelle.