Thème 1 : La représentation visuelle du monde

Thème 1 : La représentation visuelle du monde
Introduction: la représentation visuelle que nous avons du monde extérieur est le fruit d'une construction cérébrale à partir des
signaux lumineux que capte notre œil. Cette expression « représentation visuelle du monde)} sous-entend que chaque individu, bien que
construit sur les mêmes bases morpho anatomiques et fonctionnelles dans une espèce donnée, perçoit l'environnement qui l'entoure de
manière unique.
A travers ce thème, nous développerons quelques éléments sur la formation d'une image et sa transmission au cerveau sous forme
de message nerveux. Puis nous aborderons le cerveau en tant que système intégrateur des signaux et mettrons en évidence sa plasticité.
Chapitre 1: Du stimulus visuel à la naissance d'un message nerveux, le rôle de l'œil
L'œil peut être considéré comme un système optique de la formation des images. Comme l'appareil photographique, l'oeil est en
effet un système qui permet la formation sur un support d'une image réelle renversée par rapport à l'objet regardé et plus petite que celui-ci.
Problématique: quelles sont les caractéristiques principales de ce système optique? Comment fonctionnt-il?
I- L'image reçue par l'œil se forme sur la rétine TP1 Etude anatomique de l'œil
1- Etude anatomique de l'œil
Les muscles du globe oculaire autorisent la réalisation de mouvements dans toutes les directions. L'œil est logé dans une cavité osseuse
du crâne: l'orbite.
L'œil est limité par 3 enveloppes emboîtées: la sclérotique, la choroïde et la rétine: tissu nerveux qui se prolonge par le nerf optique.
- Sclérotique: enveloppe blanche, fibreuse et résistante, qui se prolonge vers l'avant par la cornée transparente convexe
- Choroïde : noire, elle tapisse intérieurement la sclérotique sauf au niveau de la cornée. Vers l’avant elle donne naissance à l’iris
coloré, comportant une ouverture : la pupille, dont le diamètre varie pour filtrer la quantité de lumière qui pénètre dans l’œil (diaphragme
d’appareil photo).
- Rétine: tissu nerveux (donc constitué d'un ensemble de neurones), très riche en vaisseaux sanguins, qui se prolonge par le nerf
optique.
L’œil comporte plusieurs milieux transparents :
- Le cristallin qui a une forme biconvexe, milieu ayant un indice différent du celui des milieux entourant le cristallin. Le cristallin
forme donc à lui seul un système optique. Il est constitué d'une gelée fibreuse. Le cristallin peut être plus ou moins bombé, grâce à la
contraction ou au relâchement des ligaments suspenseurs, cette variation du bombement du cristallin permet une déviation différente des
rayons à son passage et donc une mise au point de l'image.
- Les milieux de part et d'autre du cristallin sont aqueux et transparents, ils laissent donc passer la lumière: humeur aqueuse et
humeur vitrée.
Bilan: L'œil comprend des milieux transparents (cornée, humeur aqueuse, cristallin, humeur vitrée) qui se comportent comme une lentille
convergente et rendent possible la formation d'une image sur la rétine.
Remarque : la cornée permet la quasi-totalité de la convergence, le cristallin permet l’accommodation.
2- La formation de l'image sur la rétine
a- L'image formée sur la rétine est plus petite et inversée
L'ensemble des milieux transparents de l'œil correspond à une lentille convergente. L'œil constitue donc un système optique
convergent formant une image réelle renversée et plus petite sur une surface sensible à la lumière: la rétine.
b- la zone rétinienne aveugle
L’expérience de Mariotte fut inventée par Mariotte (Ecime Mariotte, abbé physicien fiançais du 17è siècle cf loi d'incompressibilité
des gaz Boyle - Mariote). Cette expérience montre qu’il ne se forme pas d’image sur la rétine au niveau du point aveugle qui correspond au
point de départ du nerf optique (pas de récepteur sensoriel à cet endroit d'où absence de perception de l'image).
c- Les défauts de l'œil : Notion d'emmétropie, myopie et hypermétropie (HORS PROGRAMME)
Les personnes qui ne peuvent voir correctement les objets éloignés sont myopes. La myopie peut être due à une courbure trop
accentuée de la cornée ou à une longueur excessive du lobe oculaire. Dans les deux cas, même avec un cristallin aplati au max, l'image des
objets lointains se projette en avant de la rétine et non sur elle.
Les personnes incapables de voir les objets approchés sont dites hypermétropes. L'hypermétropie peut être due à une longueur
insuffisante de l'œil ou à une puissance insuffisante du système réfringent.
La myopie est l'amétropie la plus répandue (50 % de pop des USA).
Rq : Avant les gens devaient avoir une vue meilleure. En effet croissance du globe oculaire est influencée par lumière qui trappe rétine. Cf expérience
avec des singes élevés avec paupières suturées. Allongement à état adulte du globe oculaire

Divers aspects de civilisation moderne (apprentissage de lecture et écriture) interfèrent avec contrôle rétroactif normal que vision exerce sur dvpt
œil. Donc si enfants voulaient améliorer leur vision ils devraient s'exercer à regarder de loin pour compenser l'excès de travail de près.
Acquis du collège: dans tous les organes des sens, la première étape du traitement de l'information est la conversion du stimulus (sonore,
lumineux, chimique, tactile ... selon les cas) en message nerveux transmis au cerveau. Dans l'œil la conversion du stimulus lumineux en message
nerveux a lieu dans la rétine qui est un tissu nerveux.
Pb : quelles cellules rétiniennes assurent cette conversion?
II- La rétine est un tissu nerveux émettant un message
1- Organisation de la rétine
a- Diversité des cellules nerveuses de la rétine TP2- Composition de la rétine et mise en évidence des photorécepteurs
La rétine est définie comme un tissu nerveux car elle est constituée de neurones. La représentation visuelle du monde est dépendante de
la diversité et des propriétés des photorécepteurs rétiniens.
De l’intérieur vers l’extérieur, in distingue différentes catégories cellulaires composant la rétine:
- Une couche de neurones ganglionnaires, dont les axones se rejoignent pour former le nerf optique
- Une couche de neurones bipolaires,
- Une couche de photorécepteurs (130 millions de bâtonnets et 6,5 millions de cônes en moyenne), cellules de l'épithélium
pigmentaire.
b- La rétine n’est pas homogène
- Dans le prolongement de l’axe optique, on observe une petite dépression centrale dans la rétine, appelée fovéa (ou tache jaune). A
son niveau, il n'y a que des cônes et leur densité est maximale. De plus, le câblage neuronique y est particulier: à chaque cône correspond
un neurone bipolaire et un neurone ganglionnaire spécifIque. C'est donc dans cette zone que l'acuité visuelle est maximale et la vision
des couleurs est optimale.
Les vaisseaux sanguins y sont absents, la lumière est très peu diffusée avant d'atteindre les cônes et donc la vision y est très nette.
- Dans la rétine périphérique. En s’éloignant de chaque côté de la fovéa, il y a de moins en moins de cônes et de plus en plus de
bâtonnets. Plus on s’éloigne de la fovéa et plus le nombre de bâtonnets reliés à un neurone bipolaire augmente, même chose pour le
nombre de neurones bipolaires reliés à une cellule ganglionnaire
- Au niveau du point aveugle, la convergence des prolongements des cellules ganglionnaires forment les fibres du nerf optique, on
ne trouve aucun photorécepteur : on en déduit que les photorécepteurs sont les cellules photosensibles.
2- L’acuité visuelle, une conséquence de la structure rétinienne
L’acuité visuelle désigne la capacité à voir nettement un une image (inverse du pouvoir séparateur (angle minimum sous lequel
deux points rapprochés sont vus séparément)).
- Elle est maximale en vision centrale, car c’est là que les cônes sont les plus nombreux et que l’image est analysée point par
point (un cône pour une cellule ganglionnaire).
- Elle diminue en vision périphérique car le nombre de cône diminue et l’image est analysée dans son ensemble (plusieurs
photorécepteurs pour une seule cellules ganglionnaires)
3- Les photorécepteurs rétiniens génèrent un message nerveux
a- Répartition des photorécepteurs
Les cônes et les bâtonnets sont les cellules photo réceptrices dont la répartition est variable suivant les endroits de la rétine.
b- Les photorécepteurs sont les cellules photosensibles (TP3 : activité 1,2 et 3)
Les photorécepteurs sont des neurones très courts, prolongés par un segment externe contenant des pigments photosensibles (rhodopsine pour les
bâtonnets et l'opsine pour les cônes).
Les bâtonnets, absents de la partie centrale de la rétine mais largement répandus en périphérie, sont sensibles aux très faibles éclairements mais ne
permettent pas de distinguer les couleurs. En outre, le câblage rétinien issu des bâtonnets étant convergent, l’acuité visuelle en vision périphérique est faible.
Les cônes sont localisés dans la rétine centrale (ou fovéa). Ils ont besoin de beaucoup de luminosité pour fonctionner. Il en existe trois types qui se
distinguent par le pigment qu’ils renferment : chacun présentant un maximum d’absorption pou une longueur d’onde déterminée (Le premier type de cônes est
sensible à des longueurs d'onde correspondant au bleu (437nm). Le second type est sensible aux radiations vertes. Enfin les cônes rouges sont sensibles aux
longueurs d'onde proches de 584nm).

L’activité relative des trois ensembles de cônes rend l’œil humain sensible à des milliers de nuances (notre sensibilité visuelle est qualifiée de
trichromatique).
Remarque : chaque individu a un nombre de cônes qui lui est propre avec des proportions entre les 3 types ce qui rend la notion de couleur assez
subjective. Le câblage neuronique étant peu convergent, l’acuité visuelle est maximale en vision centrale
c- La stimulation des photorécepteurs à l’origine du message nerveux (TP3 activité 4)
Le stimulus lumineux reçu par les pigments (molécule qui absorbe les radiations lumineuses) des photorécepteurs, entraîne un changement d’état
électrique, à l’origine du message nerveux. Celui-ci se propage vers les cellules ganglionnaires puis le long des fibres du nerf optique, sous forme de signaux
électriques, en direction du cerveau.
Lexique Chap1 :
Accommodation : mise au point de l’image d’un objet rapproché, se réalise par modification de courbure du cristallin.
Acuité visuelle : capacité à distinguer nettement une image
Diaphragmation : ajustement du diamètre de la pupille qui s’adapte à la quantité de lumière atteignant l’œil
Photorécepteur : neurone spécialisé, sensible à la lumière, permettant la conversion d’un stimulus lumineux en message nerveux.
Pigment : molécule ayant la propriété d’absorber des radiations lumineuses.
Savoir faire
Connaître l’organisation anatomique de l’oeil
Savoir décrire la rétine : structure – densité des photorécepteurs (fovéa – point aveugle)
Savoir décrire et légender des photorécepteurs

Chapitre 2 : La perception visuelle
I La transmission du message de la rétine au cerveau (= TP1)
1.1 Le champ visuel et le champ rétinien (voir activité.2)
a- Le champ visuel
Le champ visuel se définit par l’ensemble des points de l’espace, visibles par
un œil immobile, sans bouger la tête.
Il existe un champ visuel gauche et un champ visuel droit. Ces 2 champs ont
une partie commune que l’on nomme le champ visuel binoculaire.
Au niveau du champ visuel binoculaire, la superposition des deux images
légèrement décalées vues par nos deux yeux nous permet une vision en relief.
Les limites des champs visuels en lumière de différentes couleurs ne sont pas
identiques. En les comparant, on peut en déduire que les cônes absorbant les différentes couleurs, ne sont pas répartis de façon
équivalente sur la rétine. Ce n’est qu’au centre de la rétine que les 3 types de cônes sont présents, et que nous voyons donc
nettement les différentes couleurs.
b- Relation entre le champ visuel et le champ rétinien.
On appelle champ rétinien la partie de la rétine sur laquelle se projettent les objets du champ visuel
On nomme : - hémirétine nasale la partie interne du champ rétinien (proche du nez)
- et hémirétine temporale la partie externe du champ rétinien (proche de la tempe).
On observe que la partie gauche du champ visuel se projette sur la partie droite de la rétine de chaque œil (c’est-à-dire sur
l’hémirétine nasale de l’œil gauche et sur l’hémirétine temporale de l’œil droit)
(La partie droite du champ visuel se projette, de la même manière, sur la partie gauche de la rétine de chaque œil)
1.2 Le trajet du message nerveux (voir activité.3)
Les conséquences de lésions à différents niveaux sur la perte de champ visuel permettent de retrouver le trajet du message
nerveux entre la rétine et le cortex cérébral.
Les nerfs optiques convergent vers une zone de croisement: « le chiasma optique ». A son niveau la moitié des fibres
nerveuses provenant de la rétine, celles issues du champ rétinien nasal, se croisent et passent dans l’hémisphère cérébral
opposé.
Ainsi chaque hémisphère reçoit des informations issues du champ rétinien temporal de l’œil situé du même côté et des
informations issues du champ rétinien nasal de l’œil situé du côté opposé.
Autrement dit, chaque hémisphère reçoit deux informations en provenance de la même partie du champ visuel, celle du
côté opposé.
1.3 La transmission du message nerveux dans les zones de relais (voir activité.4)
Entre le chiasma optique et le cortex cérébral, il existe une importante zone de relais : on observe une connexion
synaptique entre les fibres du nerf optique et les neurones qui conduisent le message nerveux jusqu’au cortex.
Au niveau de la synapse, la discontinuité empêche le passage d’un message de nature électrique et la transmission du
message nerveux s’effectue grâce à un messager chimique nommé «neurotransmetteur ».
L’arrivée du message nerveux de nature électrique provoque la libération du neurotransmetteur par le neurone pré-
synaptique. Le neurotransmetteur se fixe sur des récepteurs spécifiques du neurone post-synaptique. Cette fixation engendre un
nouveau message nerveux de nature électrique qui se propage vers le cortex. Ce message est unidirectionnel à cause de la
structure de la synapse (pas de neurotransmetteurs dans le neurone post-synaptique, ni de récepteurs sur la membrane du
neurone pré-synaptique).
L’intervention normale de substances chimiques dans le processus de vision permet de comprendre que certaines
substances externes puissent perturber le fonctionnement visuel, en se fixant par exemple sur les récepteurs à la place des
neurotransmetteurs (ex : LSD)
Ces substances sont dites « hallucinogènes » car elles provoquent des visions
artificielles et des altérations de la perception visuelle.
Lexique
Champ rétinien: projection du champ visuel sur la rétine
Champ visuel: ensemble des points de l’espace vus par un œil immobile, sans
bouger la tête.
Champ visuel binoculaire: partie commune aux champs visuels gauche et droit.
Chiasma optique : zone de croisement des fibres nerveuses issues de
l’hémirétine nasale.
Hallucinogène: qui induit des modifications des sensations visuelles, tactiles ou
auditives.
Hémirétine temporale: parte externe du champ rétinien
Hémirétine nasale: partie interne du champ rétinien.
Neurotransmetteur : messager chimique permettant le passage du message
nerveux à travers la fente synaptique.

II- Le traitement du message nerveux et la perception visuelle ( =TP2 )
1- L’organisation du cerveau (voir activités 1 et 2 )
Le cerveau ( divisé en 2 hémisphères cérébraux. ) fait partie de l’encéphale., logé dans la boîte crânienne et constituant, avec la moelle
épinière, notre système nerveux central. Sa surface externe, le cortex cérébral est constitué de substance grise, plissée en de
nombreuses circonvolutions cérébrales. Les centres visuels sont situés dans le lobe occipital de chacun des hémisphères cérébraux : c’est
le cortex visuel*.
2- La construction cérébrale de la perception visuelle. (voir activité.3 )
Le cortex visuel est composé de plusieurs aires : Le cortex visuel primaire reçoit les messages nerveux provenant de la rétine. Cette
première aire distribue les informations aux autres aires visuelles spécialisées qui traite ces informations de façon plus spécifique : l’une est
spécialisée dans la vision des couleurs., une autre dans la reconnaissance des formes et la dernière dans la perception du mouvement des
objets dans l’espace.
· Il existe, en réalité un grand nombre d’aires corticales impliquées dans la vision. Pour simplifier, on les regroupe en 2 grands ensembles :
 l’ensemble du « où. » qui permet la localisation et la perception du mouvement des objets dans l’espace,
 l’ensemble du « quoi » qu contribue à l’identification des objets, en se basant sur leurs caractéristiques telles que la couleur et la forme.
· Les différentes aires du cortex visuel échangent des informations en permanence et réalisent une intégration des messages nerveux, ce
qui permet une perception visuelle* globale .des objets de notre environnement.
· Enfin, d’autres aires corticales situées en dehors du lobe occipital participent à l’élaboration de la perception visuelle.
3- La plasticité du cerveau (voir activité.4 )
La fonction visuelle dépend de l’organisation et de la structure du système visuel. Elle est propre à chaque espèce et elle est déterminée par
de nombreux gènes.
Cependant, la plasticité* remarquable du cortex cérébral permet un remodelage permanent des structures sous l’influence de
l’environnement et des expériences personnelles. L’organisation des neurones et donc la perception visuelle de son environnement dépend
de son vécu. Chacun a sa propre vision du monde ;
En conclusion :
- Ce que détecte un récepteur sensoriel est une sensation.
- Cette sensation est traduite en messages nerveux envoyés au cerveau.
- Une perception est une construction mentale issue du traitement d’un ensemble de sensations par le cerveau, c’est
pourquoi une perception ne reflète pas forcément la réalité du monde qui nous entoure car le cerveau interprète les
messages nerveux envoyés par les organes sensoriels .
Suite du lexique du chapitre 2 :
Cortex cérébral : partie superficielle du cerveau formée par de la substance grise (=corps cellulaire des neurones ). On y
distingue différentes aires spécialisées dans des fonctions précises ( tel le cortex visuel spécialisé dans la perception visuelle )
Intégration nerveuse : prise en compte de nombreuses informations et coordination de leurs effets par le cerveau
Lobe occipital : partie postérieure de chaque hémisphère cérébral, siège de l’aire visuelle.
Perception (visuelle): interprétation des sensations (visuelles) par le cerveau.
Plasticité cérébrale : capacité du cerveau à remodeler ses structures, en modifiant les différentes connections entre les
neurones, en fonction de l’environnement.