perception visuelle - Hachette

Marché d’esclaves où disparaît le buste de Voltaire,
par Salvador Dali, 1940, museum Cleveland, Ohio.
54
La perception visuelle est le résultat d’un traitement complexe
d’informations. Du monde observé l’œil forme une image rétinienne.
Les informations qui résultent de cette image sont transmises
au cerveau qui construit alors une image mentale.
À chacun sa représentation visuelle du monde, mais celle-ci est-elle
fidèle à la réalité ?
PERCEPTION VISUELLE
CHAPITRE 5 •PERCEPTION VISUELLE 55
❯Comment est assuré le traitement des messages visuels dans le cortex cérébral ?
❯Peut-on expliquer les illusions d’optique ?
Quelle barre est la plus longue ?
Elles sont, en fait, de même longueur.
●Peut-on expliquer cette illusion ?
●Que montre ce tableau ? des esclaves et des
religieuses ou le buste de Voltaire ?
●Le titre du tableau entretient l’ambiguïté.
Comment expliquer cette énigme ?
Dans les régions polaires, il est possible
d’observer des images surprenantes par
effet de mirage.
●Comment peut-on expliquer
ce phénomène ?
Image extraite du film d’animation
Chicken Run, par Nick Park
et Peter Lord, 2000.
L’illusion de Ponzo.
P. Klee, peintre suisse
(1879-1940).
‘‘
Salvador Dali,
par Man Ray, 1940,
peintre espagnol
(1904-1989).
‘‘
« Ce que nous voyons n’est
qu’apparence. L’art ne reproduit
pas le visible, mais le rend visible. »
●Comment cette animation
a-t-elle été réalisée ?

●Observer un mouvement en lumière
intermittente
Perceptions visuelles et illusions liées
aux caractéristiques de la rétine
CHAPITRE 5 •PERCEPTION VISUELLE 57
Expérience 1
- Un disque blanc muni d’une tache rouge est en rotation (doc. 5).
- Faire tourner le disque éclairé en lumière du jour, d’abord lentement, puis augmenter la
vitesse de rotation.
c. La propagation de la lumière dans un milieu non homogène
La propagation de la lumière dans un milieu non homogène est-elle toujours rectiligne ?
Expérience 3
Un rayon laser arrive obliquement sur la paroi latérale d’un aquarium plein d’eau (doc. 3a).
Un autre aquarium contient de l’eau salée ainsi que du sel non dissous qui repose au fond
(doc. 3b).
Doc. 3 Propagation de la lumière : (a) dans l’eau, (b) dans l’eau salée.
▼
Doc. 6 Un stroboscope est une
source d’éclairs périodiques.
▼
Doc. 5 Dispositif expérimental à
l’arrêt.
▼
Comparer la marche des rayons dans les deux cas. L’eau salée est-elle un milieu
homogène ?
Expliquer, en s’aidant de cette expérience et du document 4, la formation des images.
L’œil est un capteur optique dont les limites sont liées au fonctionnement de la rétine.
Les pigments des cellules de la rétine sont modifiés par la lumière et se reforment très vite.
Ainsi, la rétine ne peut distinguer deux images différentes que si elles se succèdent avec un
intervalle de temps d’environ un dixième de seconde. Quand des images défilent à un
rythme supérieur à dix images par seconde, l’observateur a une sensation de continuité.
Décrire les observations et les expliquer.
Expérience 2
- Éclairer le disque avec un stroboscope (doc. 6), source de lumière qui émet des éclairs très
brefs à intervalles de temps réguliers.
- Faire tourner le disque lentement puis augmenter la vitesse de rotation.
Décrire les observations.
Comment peut-on expliquer que la tache rouge semble immobile à certaines fréquences
du stroboscope ?
Citer une observation dans le domaine du cinéma qui illustre ce phénomène.
ab
Doc. 4 Lors d’un mirage chaud des
objets apparaissent sur terre.
▼
❯ Comment mettre en évidence cette propriété de la rétine ?
Perceptions visuelles et illusions liées à la propagation
de la lumière
❯ Comment l’interprétation du cerveau conduit-elle à des illusions optiques ?
table
vitre
œil
A
I
R
F
B’
F’
A’
B
Doc. 1 Illusion de la bougie allumée (a) et son schéma explicatif (b).
▼
56
Doc. 2 Illusion de la pièce qui apparaît.
▼
« Dans un milieu homogène, la lumière se propage en ligne droite. » Ainsi, le cerveau interprète
le rayon lumineux comme se propageant toujours en ligne droite.
●Expliquer des illusions liées à la propagation
de la lumière
Lorsque la seconde bougie semble allumée, quelles positions occupent les
deux bougies par rapport à la vitre ?
À l’aide du document 1b, donner une interprétation de cette illusion.
a. La réflexion
Un miroir plan donne une image d’un objet.
Où se situe cette image ? Dans quelle direction l’œil la voit-il ?
Expérience 1
- Dans un endroit sombre, placer une
bougie allumée devant une vitre
verticale (doc. 1a).
- Observer l’image de la flamme.
- Placer de l’autre côté de la vitre une
bougie éteinte, identique à la
précédente.
- La déplacer afin de donner l’illusion
qu’elle est allumée.
Faire un schéma et expliquer pourquoi, en l’absence d’eau, l’observateur ne
voit pas la pièce de monnaie.
Rappeler le phénomène de réfraction étudié en classe de Seconde.
Schématiser la situation en présence d’eau, en faisant apparaître un rayon
qui provient de la pièce de monnaie et arrive dans l’œil de l’observateur.
À l’aide du schéma, donner une interprétation de cette illusion.
b. La réfraction
Un objet plongé dans l’eau ne semble pas avoir la même position que dans l’air.
On se propose d’expliquer cette illusion en exploitant le phénomène de la réfraction.
Expérience 2
- Placer une pièce de monnaie au fond d’une tasse opaque.
- Se décaler légèrement afin de ne plus voir la pièce.
- Remplir la tasse d’eau (doc. 2).
ab
ab

Les différentes aires du cortex visuel échangent en permanence des informations grâce
à un complexe réseau de neurones.
Le traitement des messages visuels dans
le cortex cérébral
CHAPITRE 5 •PERCEPTION VISUELLE 59
Identifier les zones intervenant dans la perception visuelle et leur attribuer un rôle.
Présentation du travail ❯ Un schéma réalisé à partir du document 7, accompagné d’un commentaire.
●Identifier les aires cérébrales
impliquées dans la vision
❯ Quelles sont les zones cérébrales impliquées dans le traitement des messages visuels ?
❯ Comment est assuré le traitement des informations au niveau des réseaux de neurones ?
frontal
temporal
pariétal
occipital
V5
V4
V3
V2
V1
Doc. 7 L’hémisphère gauche du cerveau montrant
les différentes aires visuelles.
▼
58
En utilisant la tomographie par émission de positons, une technique
d’imagerie cérébrale permettant la mesure du débit sanguin, on a pu
déterminer les zones du cerveau activées lors du traitement des infor-
mations visuelles. Plus le nombre de cellules en action est élevé dans
une région cérébrale, plus le flux de sang est grand. Ainsi, en mesurant
les variations du flux sanguin, on peut distinguer les régions du cerveau
qui traitent ces informations. Cette approche a permis d’étudier le cer-
veau en action et de repérer cinq zones, désignées de V1 à V5 (doc. 7).
Les dessins du document 9 ont été réalisés par des patients atteints de lésions de certaines aires corticales.
Celles-ci engendrent des syndromes visuels qui, bien que moins graves que la cécité totale, invalident ces patients.
Les messages bioélectriques provenant de la rétine sont véhiculés dans le nerf optique jusqu’au cerveau
par des réseaux de neurones qui élaborent progressivement une représentation visuelle du monde.
Doc. 8 Des images différentes stimulent des régions différentes du cortex visuel ; les zones en rouge sont les zones les plus actives.
▼
Doc. 9 Le monde vu lorsque le cortex est endommagé.
▼
Le sujet regarde un tableau de Mondrian
Peinture, par Pieter Cornelis Mondrian, et sa copie par une
personne atteinte d’achromatopsie. Identification de différentes figures par un
patient intoxiqué au monoxyde de carbone.
Le sujet regarde des objets en mouvement
figures
présentées
au sujet
le sujet
a coché
les figures
qu'il a
reconnues
➞➞
ab
Perception liée au traitement des messages
visuels dans le cortex cérébral
Le cortex cérébral est organisé en couches superposées de neurones pyramidaux (doc. 10a) .
L’architecture du cortex est semblable d’un individu à l’autre.
On constate, chez des animaux ayant subi une privation de lumière pendant les premiers
mois de la vie, des retards du développement des comportements visuels. À la mort de ces
animaux, on observe, au niveau du cortex visuel, un déficit de l’extension des fibres
nerveuses et une diminution des connexions synaptiques
(doc. 10b et 10c) .
●Identifier quelques molécules qui perturbent
la transmission synaptique
❯ Quels sont les mécanismes cellulaires impliqués dans cet échange d’informations
entre aires cérébrales ?
neurone
présynaptique
vésicule
contenant
un neuro-
transmetteur
fente synaptique
récepteur
du neurone
postsynaptique
Doc. 10 Le cortex cérébral.
▼
Chercher la définition du mot hallucination ainsi que la différence
entre illusion et hallucination.
Établir une classification des différents types d’hallucinations.
Bilan ❯ À l’aide de l’ensemble des documents, expliquer comment
le L.S.D. peut perturber la transmission synaptique.
Présentation du travail ❯ Un texte accompagné d’un schéma utili-
sant les données du document 10c.
Doc. 12 Informations sur le L.S.D. (acide lysergique diéthylamide).
▼
Doc. 11 Témoignage d’une jeune fille après consommation de
substances hallucinogènes prohibées.
▼
« … Je l’ai vue en réalité : vert olive !, c’était atroce, cette
peau qui était verte. Et ce n’était pas imaginaire, je l’ai
vraiment vue comme ça. Je voyais des choses qu’on ne
voit pas quand on est dans un état normal : un meuble
qui faisait des vagues, la porte me paraissait immense...
Je parlais avec une autre fille qui est devenue comme
un monstre, sa peau fondait presque. La lumière s’agran-
dissait tellement que c’était comme des explosions, tout
était agrandi, comme une grosse bombe qui éclate ;
j’étais très excitée, je dansais sans cesse et regardais vers
le haut. Je regardais les autres qui dansaient aussi et ils
avaient l’air bizarroïde et leurs visages devenaient hor-
ribles, se déformaient… » Extrait du site
http://users.skynet.be/toxicomanie/hallucinogene.htm
Le L.S.D. (a) est l'un des produits
hallucinogènes les plus actifs et les
plus connus. Sa structure chimique
a été iden-
tifiée et
comparée
à celle de la sérotonine (b), neuro-
transmetteur des centres visuels.
Une synapse observée au
MET (en fausses couleurs).
b
Les neurotransmetteurs sont des
molécules qui permettent à
l’influx nerveux de passer
d’un neurone à l’autre.
c
cortex 6
5
4
3
2
1
Les différentes couches du cortex cérébral.
a
x40 000
a
b

CHAPITRE 5 •PERCEPTION VISUELLE 6160
1.1. Perceptions visuelles et illusions
liées à la propagation de la lumière
La surface de séparation de deux milieux de propagation transparents
est appelée dioptre. Quand la lumière incidente arrive sur un dioptre,
une partie de la lumière subit une réflexion ; l’autre partie est
réfractée.
Ces changements de direction du rayon lumineux peuvent être la source
d’illusions d’optique.
a. La réflexion
Lorsque la lumière est renvoyée dans une direction privilégiée, on dit
qu’elle subit une réflexion.
L’image d’un objet, donnée par un miroir plan, est symétrique de
l’objet par rapport au miroir.
Pour le cerveau, la lumière semble provenir de l’image et non de
l’objet lui-même.
b. La réfraction
Le passage de la lumière au travers d’un dioptre provoque un change-
ment de la direction de propagation : c’est la réfraction.
Un rayon lumineux arrive sur un dioptre sous un angle d’incidence i
1
,
il émerge en faisant un angle de réfraction i
2
différent de i
1
.
Pour le cerveau, la lumière semble provenir de l’image et non de
l’objet lui-même.
Dans le cas d’un dioptre eau/air ou verre/air et au-delà d’une certaine
valeur de l’angle d’incidence i
1
, la lumière est réfléchie sur le dioptre et
ne le traverse plus : c’est la réflexion totale.
tache de diffusion faisceau transmis
faisceau
incident faisceau réfléchi
Optique géométrique et perception visuelle
À la surface de l’eau, une partie de la lumière incidente est
réfléchie, une autre partie est réfractée.
▼
Lors d’un mirage, l’image est vue dans la direction de
propagation de la lumière qui pénètre dans l’œil.
▼
miroir plan
A’ A
J
i
r
H
O
Le miroir modifie la direction de propagation de la lumière.
L’image est vue dans la direction de propagation de la
lumière qui pénètre dans l’œil.
▼
NS
R’
I
i2
i1angle d'incidence
angle
de réfraction
eau
ou verre
Le rayon réfracté n’est pas dans la direction du rayon
incident.
▼
eau
air
i
I
N
N’
i1
ᐉ
La réflexion totale.
▼
c. Propagation dans un milieu non homogène
Dans les régions polaires, la température de l’air, faible au niveau du
sol, augmente avec l’altitude : l’air n’est plus un milieu homogène.
Dans un milieu non homogène, la lumière se propage en ligne courbe :
l’observateur voit l’objet dans la direction de propagation de la lumière
qui pénètre dans l’œil.
Dans les régions chaudes, la température élevée au niveau du sol dimi-
nue avec l’altitude. Les rayons sont alors courbés dans l’autre sens : en
regardant vers le sol, on peut voir le bleu du ciel donnant l’illusion d’une
nappe d’eau.
a. La persistance des images rétiniennes
La lumière émise par un stroboscope donne une sensation de cligno-
tement si la fréquence des éclairs est faible. Lorsque la fréquence croît,
le clignotement disparaît et l’observateur a l’illusion d’un éclairage
continu. C’est le phénomène de la persistance des impressions réti-
niennes dont la durée est de l’ordre de 0,1 s. Cela explique aussi l’ex-
périence du disque de Newton.
Une bande de film cinématographique est constituée par une suite
d’images distinctes, défilant à raison de 24 images par seconde. Chaque
image est projetée pendant 1/48 s. L’obturateur se ferme ensuite pen-
dant 1/48 s, instant durant lequel le film avance d’une image. Le cer-
veau ne perçoit pas l’extinction : la persistance des impressions réti-
niennes permet de donner l’illusion du mouvement à partir d’une
succession d’images.
b. La stroboscopie
La stroboscopie est une technique employée pour donner l’illusion
d’un mouvement ralenti.
Un disque noir muni d’un fin secteur blanc est en rotation.
En éclairage naturel, l’observateur suit le secteur dans son mouvement
lorsque la vitesse de rotation du disque est faible. Si elle est élevée, le
disque apparaît d’un gris uniforme.
Éclairé avec un stroboscope, le disque semble immobile chaque fois que
la fréquence des éclairs f
e
est égale à la fréquence du disque f(ou à un
sous-multiple de cette fréquence). Mais lorsque les fréquences des
éclairs et du disque sont voisines, le disque semble être en mouvement
ralenti, soit dans le sens réel, soit en sens inverse.
Au cinéma, on peut avoir l’illusion qu’une roue ne tourne pas alors
qu’elle est en rotation, ou qu’elle tourne en sens inverse du sens réel.
❯ Rechercher et expérimenter, p. 56.
❯ Rechercher et expérimenter, p. 57.
❯ Rechercher et expérimenter, p. 57.
Illustration du phénomène de réfraction : la règle apparaît cassée.
▼
Lorsque le disque de Newton est en rotation rapide, l’œil voit
du blanc (a), c’est-à-dire la superposition des secteurs de
couleurs différentes (b).
▼
sens de rotation vrai
fe légèrement
supérieure à f
Te < T
fe = f
Te = T
fe légèrement
inférieure à f
Te > T
immobilité
apparente
ab cmouvement
apparent
ralenti
mouvement
apparent
ralenti
Le repère est en immobilité apparente (a) et en mouvement
apparent ralenti (b et c). T
e
et Treprésentent respectivement
la période des éclairs et la période du disque.
▼
1.2. Perceptions visuelles et illusions liées aux caractéristiques
de la rétine
ab

CHAPITRE 5 •PERCEPTION VISUELLE 63
Les illusions nous fascinent car elles trompent notre perception des mouvements,
des contrastes et des couleurs. La compréhension du fonctionnement de notre système
visuel permet d’ébaucher quelques éléments d’explication.
2.3. Les illusions liées au traitement de l’information
par le cortex visuel
Le tableau d’Enigma. Le triangle de Kanizsa.
a
Le marché aux esclaves où disparaît le buste de Voltaire,
par Salvador Dali, 1940.
Regarder le tableau en fixant le centre. Des mouvements de rotation apparaissent,
alors que tout est stable. Cette illusion disparaît en l’absence des rayons noirs et
blancs.
Cette illusion pourrait être due aux micromouvements incessants de l’image sur la
rétine provoqués par les saccades de l’œil, et/ou au traitement de l’information par
le cortex visuel.
Il s’agit d’une illusion de la perception visuelle résultant de la compétition entre
les deux hémisphères cérébraux, chacun créant une scène d’une façon
différente.
On perçoit un triangle blanc. Cette illusion suggère l’exis-
tence de conflits entre les aires V1 et V2 du cortex visuel.
b
Des illusions d’optique.
▼
La clôture du jardin, par Sandro del Prete, 1969.
d
c
De nombreuses œuvres artistiques utilisent l’art de
la perspective. Ainsi, Sandro del Prete, peintre
suisse, peint des visions du monde selon des pers-
pectives différentes. Mais aussi belle que vous trou-
viez cette clôture, n’essayez pas de la fabriquer…
Le cerveau est un organe complexe, dont le fonctionnement n’est pas encore parfaitement connu,
malgré les nombreux travaux de recherche dont il fait l’objet.
L’œil est un organe précieux à préserver de tout traumatisme, tels que les drogues, les bruits intenses,
les excès de lumière, le manque de sommeil…
❯ Rechercher et expérimenter, p. 59.
62
2.1. La localisation du traitement des
informations dans le cerveau
La connaissance des mécanismes de la naissance de la perception
visuelle a pu être établie à partir de données sur les lésions cérébrales,
ainsi qu’à partir de données d’imagerie médicale ; les zones actives étant
repérables en fonction de l’intensité de la circulation sanguine.
Le cortex visuel comporte plusieurs aires qui répondent de façon spé-
cifique à des aspects différents du stimulus visuel, tels que la couleur,
la direction du mouvement, les formes…
Les informations reçues par le cortex occipital sont réparties sur diffé-
rentes autres aires qui participent à l’élaboration de la perception
visuelle, telles que le cortex temporal, le cortex pariétal...
Ainsi, la région la plus pariétale du cortex occipital est une aire du
« où » : elle permet la localisation de l’objet ; et la région la plus tem-
porale du cortex occipital est une aire du « quoi » : elle permet la
reconnaissance de l’objet.
Les aires V1 et V2 jouent un rôle très important dans la perception des
contours et dans la perception visuelle fine. L’aire V4 joue un rôle dans
la perception des couleurs et l’aire V5, un rôle dans la perception des
mouvements.
Les neurotransmetteurs sont des molécules qui permettent à l’influx
nerveux de passer d’un neurone à l’autre.
C’est la forme particulière de la molécule de neurotransmetteur qui va
lui permettre de se fixer sur des récepteurs postsynaptiques et de
produire son effet. Relâchés dans la fente synaptique, les neuro-
transmetteurs peuvent avoir deux effets opposés sur le neurone suivant.
Certains sont excitateurs, d’autres sont inhibiteurs.
De nombreuses molécules, drogues ou médicaments, peuvent pertur-
ber la propagation des messages nerveux le long des réseaux de neu-
rones et ainsi modifier les perceptions visuelles.
La très grande majorité de nos synapses sont de type chimique. Elles
sont plastiques et malléables, ce qui est une caractéristique précieuse
à la base des apprentissages.
L’organisation générale du cortex visuel est la même pour tous. Elle
est déterminée par un programme génétique commun à l’espèce
humaine. Les apprentissages et les expériences acquises après la nais-
sance sont à l’origine d’une organisation différente des réseaux de neu-
rones corticaux. Le traitement des messages nerveux n’est donc pas
strictement identique d’un individu à l’autre : dès lors, aucun cerveau
ne voit le monde exactement comme un autre.
2.2. Le neurone et la transmission synaptique
Perception visuelle et fonctionnement neuronal
V5
V4
V3 V2
V1
Les différentes aires du cortex visuel.
▼
}
neurone présynaptique
neurone postsynaptique
synapse
vésiculescontenant
des neurotransmetteurs
neurotransmetteurs
qui sont déversés dans
la fente synaptique et qui
se fixent sur les récepteurs
du neurone postsynaptique
message
nerveux
Fonctionnement d’une synapse.
▼
❯ Rechercher et expérimenter, p. 58.
❯ Rechercher et expérimenter, p. 59.