Cours Thème 1 Séances 1 à 4

1ère ES / L
Partie Cours Thème 1: Séances 1 à 4
Janvier 2015
REPRESENTATION VISUELLE
Séances 1 & 2 : DU STIMULUS AU CORTEX VISUEL & LA PERCEPTION DES COULEURS
Tapissant le fond de l’oeil qui est l’organe pair de la vision, la rétine est un organe / tissu nerveux formé de 3 couches de
cellules, dont les photorécepteurs, cellules sensibles à la lumière, occupent la couche la plus profonde. Ils sont de 2 types :
cônes et bâtonnets, dont la répartition varie en fonction des zones de rétine considérées.
A/ échelle du tissu « rétine »
On a 2 zones principales :
- la rétine centrale (= la fovéa), où il y a
essentiellement des
cônes qui interviennent lors des fortes intensités
lumineuses et qui permettent une bonne acuité
visuelle (vision des détails et des couleurs optimale)
- la rétine périphérique (près du nez ou
de la tempe), où il y a essentiellement des bâtonnets
(sensibilité supérieure aux cônes), intervenant aux
faibles intensités lumineuses, qui assurent une moins
bonne perception des détails.
L’importance de la rétine et de ses photorécepteurs
est soulignée par l’existence de pathologies comme :
- a/ le décollement de rétine ( images sombres,
impression de « voir des mouches », éclairs colorés
et détériorations de la vision)
- b/ le daltonisme, du à un dysfonctionnement
des cônes altérant la vision des couleurs
- c/ la DMLA, Dégénérescence Maculaire Liée à
l’Age, où les individus ont une perturbation de
la vision centrale (tache noire centrale dans le
champ de vision qui s’agrandit
progressivement), perte de vision des détails,
impression de manquer de lumière pour lire ..
- d/ la rétinite pigmentaire altérant la vision
quand l’intensité de la lumière est faible (donc
les bâtonnets), avec perte de champ visuel.
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- La vision des couleurs se fait aux fortes intensités lumineuses grâce à la présence de 3 types de cônes respectivement
sensibles au bleu, au vert et au rouge, qui contiennent chacun un pigment de nature protéique sensible à certaines
longueurs d’onde. Les gènes dirigeant la synthèse de ces pigments appartiennent à une famille multigénique, car ils
présentent des similitudes dans leur séquence et dérivent d’un même gène ancestral qui a donné naissance à 3
pigments spécifiques, suite à des duplications et mutations. La comparaison de la séquence de ces gènes chez
différentes espèces permet de situer l’Homme parmi les Primates.
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B/ échelle cellulaire de la couche la plus profonde de la rétine : les photorécepteurs
-
a/ les
bâtonnets
- (95% des cellules de la couche, 120 millions), sont responsables de la vision nocturne, et ne sont
sensibles qu'à la différence entre obscurité et lumière, absorbant tous la même gamme de longueurs
d’ondes. En revanche, ils ont une plus grande sensibilité que les cônes, et sont donc plus adaptés à
de faibles quantités de lumière
- cellules plus grandes, formant 5% des photorécepteurs, sont responsables de la vision de jour et
font la distinction entre les couleurs, en majorité au niveau de la "fovéa", où la lumière pénètre plus
facilement. La vision est à ce niveau plus précise, plus détaillée et plus sensible aux mouvements
- b/ les cônes
que sur le reste de la rétine. C'est d'ici que provient la plupart de l'information visuelle arrivant au
cerveau. Il y en a 3 types respectivement sensibles au violet/ bleu (cônes bleus), au vert (cônes
verts) et au jaune/orangé/rouge (cônes rouges)
C/ échelle moléculaire au sein des cônes : les opsines
Les 3 types de cônes sont définis par la possession d’un pigment parmi 3 différents. Ces pigments sont des protéines
appelées opsines.
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Leur étude comparée chez différentes espèces permet d’affirmer que l’Homme est un Primate (p 35).
En effet, les séquences nucléotidiques des gènes R, V & B, codant respectivement les opsines rouges (R), vertes (V) ou
bleues (B), révèle de fortes similitudes (nombre de bases azotées communes des nucléotides de leur ADN très supérieure à
20 %) : on parle de gènes homologues.
On considère que les gènes actuels résultent de la duplication de gènes ancestraux dont les séquences ont divergé au
cours du temps par suite de mutations (changements au sein des bases azotées des nucléotides de leur ADN) successives.
Ainsi, plus le % d’homologie des bases augmente, plus la duplication à l’origine de 2 gènes est récente et inversement. Pour
les gènes codant les opsines humaines :
- les 96% de similitudes des gènes R & V permet de dire qu’ils sont homologues issu de la duplication récente d’un gène
ancestral (apparu avant, plus ancien). Tous les humains ayant ces 2 gènes, cette duplication est antérieure à l’apparition
d’Homo Sapiens.
- les 43 % de similitudes entre les gènes B & R, et 44% entre B & V indique que B est aussi apparenté à R qu’à V.
➱ ces 3 gènes homologues résultent de 2 duplications successives, suivies de mutations ayant permis à leurs séquences
respectives de diverger par la suite.
L’Homme forme un groupe avec d’autres espèces proches de Singes (groupe des Primates) car il partage avec eux le
caractère « possession des 3 gènes R, V et B ».
1 Ma = 10^6 ans = 1 million d’années
- Un objet est visible si et seulement s’il émet ou diffuse de la lumière sous forme de rayons captés par l’oeil d’un individu.
La vision du monde dépend des propriétés des photorécepteurs de la rétine, 3è couche traversée par la lumière (photons)
après 5 grandes couches transparentes (conjonctive, cornée, humeur aqueuse, cristallin et corps vitré) puis la couche de
cellules ganglionnaires ou multipolaires puis bipolaires.
- La rétine d’un oeil, tissu complexe à 3 couches cellulaires, contient des cellules sensibles à la lumière, les
photorécepteurs (cônes et bâtonnets), absents en un unique lieu appelé tache aveugle, convertissant des messages
lumineux ( intensité des photons et longueurs d’ondes) après capture par leurs nombreux pigments identiques
(rhodopsine pour les bâtonnets, opine bleue, verte ou rouge pour les cônes) en des milliers de messages de nature
électrique transmis des photorécepteurs aux cellules bipolaires puis ganglionnaires dont les prolongements neuronaux
amènent ces messages complexes à un instant t dans le nerf optique de cet oeil.
- L'étude comparée des pigments rétiniens (opsines) permet de placer l’Homme parmi les Primates.
Séance 3 : VOIES ET AIRES VISUELLES
A/ Les voies visuelles : de l’oeil au cerveau
L'imagerie fonctionnelle du cerveau permet d'identifier et d'observer des aires spécialisées dans la reconnaissance des
couleurs, ou des formes, ou du mouvement.
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B/ Aires visuelles cérébrales et plasticité
Le cortex visuel contient plusieurs aires répondant spécifiquement aux différentes composantes du message du stimulus
visuel.
D’autres aires corticales ( = du cortex) participent à l’intégration des signaux et à l’élaboration de la perception visuelle :
principalement le cortex temporal et pariétal.
L’imagerie fonctionnelle du cerveau permet d’identifier et d’observer des aires spécialisées interagissant entre elles : V1,
aire visuelle primaire ; V2, et intervenant dans la reconnaissance des couleurs (V4), ou des formes (V3, V4) ou des
mouvements (V5).
Chez l’adulte, cette neuroplasticité se réduit fortement, mais demeure possible.
➱ Ainsi, l’apprentissage et les expériences individuelles modifient continuellement l’organisation corticale.
A l’échelle cellulaire, cette neuroplasticité correspond à un remodelage des connexions (et non à une augmentation ou
diminution du nombre de neurones), transformant les réseaux de neurones, donnant une orientation nouvelle à la
circulation de l’information.
Le système nerveux et notamment les connexions entre les neurones varient au cours de la vie. On n’établit jamais plus de
connexions dans sa vie que lors de l’apprentissage de la parole, de l’équilibre de la marche lorsqu’on est dans la petite
enfance. On dit que le cerveau est doué d’une capacité à se réorganiser et à évoluer en permanence : on parle de plasticité
cérébrale.
1/ Mise en évidence de cette plasticité
Les récepteurs sensoriels en périphérie du corps captent des informations provenant de l’environnement. Ils arrivent au
niveau du cortex après avoir franchi les relais intermédiaires. L’ organisation du cortex est déterminée par le génome
caractéristique de l’espèce. Mais des variations individuelles au sein de l’espèce (voir les cerveaux des vrais jumeaux qui ne
sont pas identiques) suggèrent que la structure du cerveau est aussi modulée par de facteurs environnementaux.
➱ C’est la plasticité cérébrale, propriété fondamentale du système nerveux (SN).
2/ Les facteurs pouvant modifier l’organisation neuronale
Lire est une activité complexe nécessitant un décodage des signaux visuels et une association de ces signes à un sens.
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L’étude de l’activité du cerveau ( voir l’imagerie IRMf ) au cours de la lecture montre une coopération entre différentes aires
cérébrales qui s’activent (aires visuelles, de la mémoire et zones dédiées au langage)
L’apprentissage de la lecture est responsable d’un remodelage profond des connexions cérébrales : il augmente les
réponses des aires visuelles du cortex, dans la région de l’analyse de la forme des lettres, mais aussi dans l’aire visuelle
primaire. Il augmente aussi les réponses au langage parlé dans le cortex auditif et induit une extension des aires du
langage et une communication entre les réseaux du langage écrit et parlé.
Chez les analphabètes, l’aire visuelle de l’hémisphère gauche qui chez les alphabétisés décode les mot écrits, répond à la
reconnaissance des objets et des visages. Quand le processus d’apprentissage de la lecture est démarré, il y a diminution
de cette fonction dans cette région et une migration partielle vers l’hémisphère droit.
Chez l’adulte, cette neuroplasticité se réduit fortement, mais demeure possible.
➱ Ainsi, l’apprentissage et les expériences individuelles modifient continuellement l’organisation corticale.
A l’échelle cellulaire, cette neuroplasticité correspond à un remodelage des connexions (et non à une augmentation ou
diminution du nombre de neurones), transformant les réseaux de neurones, donnant une orientation nouvelle à la
circulation de l’information.
La reconnaissance d’un mot écrit nécessite une collaboration entre aires visuelles, aires de la mémoire et les structures
liées au langage.
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Le message nerveux est un message de type électrique, arrivant au
niveau de l’élément pré-synaptique au bout de l’axone, qui se propage
rapidement et qui est incapable de franchir la fente qui le sépare du
neurone situé juste après.
Séance 4 : SYNAPSES ET LSD
A/ Fonctionnement d’une synapse
Comment la transmission de l'influx nerveux se produitelle entre deux neurones ?
Une synapse est une jonction entre 2 neurones : elle se compose :
- d’un élément pré-synaptique (une neurone avec une extrémité contenant
des vésicules remplies de milliers de molécules d’un même messager
chimique appelé neurotransmetteur
- d’une fente de 20 à 50 nanomètres
- d’un élément post-synaptique (neurone) portant de nombreux récepteurs
spécifiques du neurotransmetteur au niveau de sa membrane plasmique
La membrane du neurone post-synaptique possède de nombreux récepteurs
spécifiques du neurotransmetteur : la liaison récepteur -neurotransmetteur,
par une correspondance partielle de forme, déclenche une cascade de
réactions qui peut aboutir à la formation d'un message nerveux électrique au
niveau du début de l’axone de ce neurone.
Le sens du message est unique : il est unidirectionnel du fait de la présence
unique des vésicules dans la partie pré-synaptique et des récepteurs dans la
partie post-synaptique.
élément pré-synaptique => fente synaptique => élément post-synaptique
L’influx nerveux pré-synaptique est donc converti en un message de type
chimique, ce message étant à nouveau lui-même converti par l’élément postsynaptique en un message électrique et propagé par sa fibre nerveuse jusqu’à
sa terminaison.
1/ arrivée d’un message nerveux
2/ entrée de calcium dans la cellule (Ca 2+)
3/ migration grâce à de l’énergie des vésicules à neurotransmetteurs vers la membrane présynaptique
4/ fusion vésicules / membrane plasmique et libération des neurotransmetteurs dans la fente
(phénomène d'exocytose = de sortie de la cellule)
5/ fixation des neurotransmetteurs aux récepteurs membranaires post-synaptiques spécifiques
à ces neurotransmetteurs
remarque : un neurotransmetteur peut être excitateur ou inhibiteur du neurone post-synaptique
6/ dégradation après quelques minutes des neurotransmetteurs de la fente par des enzymes
spécifiques pour finir une transmission d’un message et permettre un autre message quelques
peu après
remarque : il y a recapture possible pour certaines synapses de ceux-ci pour recyclage dans les vésicules
pré-synaptiques
7/ si un seuil d’excitation est dépassé après analyse par son noyau de l’ensemble des
messages chimiques excitateurs et inhibiteurs reçus de toutes les synapses qu’il engage avec
de très nombreux neurones parmi lesquels celui de notre synapse étudiée par son noyau,
naissance d’un message électrique dans le neurone post-synaptique
élément
nature du
message
mode du message
axone du
neurone présynaptique
électrique
codage en modulation de fréquence de signaux
synapse
chimique
quantité de neurotransmetteurs
neurone
postsynaptique
électrique
existe si seuil d’activation franchi (sommation des signaux reçus excitateurs et inhibiteurs audelà de ce seuil)
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B/ Les perturbations chimiques de la perception visuelle ; action des drogues hallucinogènes
(exemple du LSD)
Les drogues (= psychotropes) exercent leurs effets au niveau du système nerveux. Plus précisément, elles perturbent la
transmission du message nerveux au niveau des synapses.
Quel est le mode d'action des substances hallucinogènes sur la perception visuelle ?
Les substances hallucinogènes sont des substances psychotropes qui provoquent des hallucinations, c'est-à-dire des
troubles de la perception avec une sensation de voir des objets, formes ou personnes qui n’existent pas. Le consommateur
peut avoir des illusions visuelles, une vision déformée de ce qui l’entoure : couleurs, reliefs, perspectives, et mouvements,
qui peuvent être très différents de la réalité.
Les hallucinations ont pour origine une modification du message nerveux visuel.
L'ergot de seigle est un champignon parasite de la farine de seigle, produisant une substance à l'origine de l'acide
LySergique Diéthylamide, plus connu sous l'abréviation LSD. Le LSD a été synthétisé pour la 1ère fois en 1938 par Albert
Hofmann. Après s'être intoxiqué accidentellement, il décide de s'administrer la molécule pour en étudier les effets.
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La molécule de LSD, par exemple, présente des similitudes de forme dans l’espace avec la sérotonine, neurotransmetteur
endogène de l’organisme.
Ainsi, en cas de prise, les molécules de LSD se fixent sur les récepteurs spécifiques membranaires à la sérotonine des
éléments post-synaptiques des neurones qui relaient l'information visuelle entre la rétine et le cortex visuel, d’où la
naissance d’un message électrique transmis jusqu’au cerveau, où la perception d’images peut avoir lieu en-dehors de tout
stimulus visuel réellement perçu par l’oeil. D’une façon générale, toutes les substances perturbant la perception visuelle
agissent en modifiant l’activité des synapses des voies visuelles, en altérant la transmission des messages nerveux à leur
niveau.
Quelles sont les conséquences de l'utilisation de drogues sur le fonctionnement général de
l'organisme ?
Les dangers liés aux drogues hallucinogènes comme le LSD sont :
- 1/ à la 1ère prise, un « bad trip », expérience très négative avec crise de panique jusqu’à des envies suicidaires
et des troubles psychotiques à la diminution des effets (la « redescente »)
- 2/ des dommages neurologiques possibles, irréversibles
- 3/ des accidents psychiatriques graves (délires psychotiques) et durables, comme des bouffées délirantes aiguës, des
situations où l’individu peut être dangereux pour les autres et lui-même (violence, suicide ...)
- 4/ plusieurs semaines après l’arrêt, des conséquences possibles à moyen terme : état dépressif, phobique ou anxieux, des
« flash-back » (retours hallucinatoires)
La perception repose sur la transmission de messages nerveux, de nature électrique, entre neurones, au niveau de
synapses, par l’intermédiaire de substances chimiques : les neurotransmetteurs.
Certaines substances hallucinogènes perturbent la perception visuelle. Leur action est due à la similitude de leur structure
moléculaire avec celle de certains neurotransmetteurs du cerveau auxquels elles se substituent.
Leur consommation entraîne des troubles du fonctionnement général de l’organisme, une forte accoutumance ainsi que
des « flash-back » imprévisibles.
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