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Chapitre 1
DE L’ OEIL AU CERVEAU : QUELQUES ASPECTS DE LA VISION
➱ La vision au cours du temps & distribution fiche les échelles du vivant & niveaux d’organisation en SVT
conditions de visibilité d’un objet ? dans le champ de vision, suffisamment éclairé, parvient par de milieux transparents sur la rétine
Comment l’Homme perçoit-il le monde ? Qu’est-ce que voir ? Qui voit chez l’individu ?
diapo 00, 000
I / L’ORGANE OEIL DANS LA FONCTION « VISION » : LE SYSTEME CRISTALLIN / RETINE
INDUIT UNE PERCEPTION VISUELLE NETTE ET TRANSMET AU CERVEAU DES
INFORMATIONS NERVEUSES
A/ Le tissu cristallin, une lentille vivante (AP # 1)
1/ organisation générale de l’organe oeil de mammifère
diapo 0, 0 ’,0’’, 0’’’ à 1 + maquette + légender planche distribuée
http://www.biologieenflash.net/animation.php?ref=bio-0029-3
L'œil est un organe quasi-sphérique organisé en tissus spécialisés :
(2,5 cm Ø, m = 7 g)
fixation dans cavité osseuse anti-chocs mais l’organe en lui-même = sans os / à cellules à hydrater sans arrêt pour maintien intégrité de
fonctionnement
tableau suivant à distribuer et juste lire
qui ?
quoi ?
pourquoi faire ?
conjonctive
membrane transparente
production de mucus intervenant dans la
formation du liquide lacrymal et lubrificateur
de l'œil pour éviter sa dessication
cornée
en-avant de la sclérotique, transparente, zone
périphérique la plus innervée du corps ( 300 x la
peau !), sans vaisseaux
«hublot» d’ouverture de la sclérotique
humeur aqueuse
liquide transparent constitué à plus de 99% d'eau
et qui remplit l'espace situé entre le cristallin et la
cornée
exerce une pression avec l'humeur vitrée de
maintien de la forme du globe oculaire
iris à
diaphragme
en-avant de la choroïde, pigmenté, circulaire,
contractile, percé en son centre d’un orifice de
diamètre variable, la pupille
couleur variable en fonction des allèles paternel et
maternel reçus (voir 3è) déterminant la nature et
quantité de pigments synthétisée dans ses
cellules
diaphragme contrôlant l’entrée quantitative de
lumière (analogie appareil photo) : ajuste avec
le cristallin la formation de l’image sur la rétine
cristallin
humeur vitrée ou
corps vitré
voir plus loin les détails
gel transparent, formé de 95 % d'eau
rétine
maintient la rétine en place contre la paroi de
l’œil
voir plus loin les détails
sclérotique
coque de tissu conjonctif fibreux, dense,solide,
inextensible chez l’adulte, forme le globe oculaire,
blanche, opaque à la lumière, fine, jaune chez
sujet âgé, légèrement vascularisée
d’épaisseur variable avec l’âge, > 1 mm
d’épaisseur, utilisable post-mortem, ouverte en
avant par la cornée, prolongée en arrière par le
nerf optique.
protection du contenu de l’oeil, maintien la
forme du globe (collagène), et les muscles qui
s’insèrent sur elle + élasticité de l’oeil (fibres
élastiques)
choroïde
enveloppe vascularisée
maintien de l’oeil en chambre noire
sclérotique + choroïde + rétine = les 3 tuniques de l’oeil
1
Quelles sont la nature et le rôle du cristallin et de la rétine ?
2/ le tissu cristallin possède des cellules transparentes
diapo 2,3,4,4’,4’’
trajet des rayons lumineux : traversée de 5 milieux transparents avant d’atteindre la rétine : 1/ la conjonctive, 2/ la cornée
(contenant très peu de cellules et une dizaine de couches de collagène, protéine structurale inextensible, très abondante
dans l'organisme et présente dans le milieu intercellulaire) --> 3/ l’humeur aqueuse --> 4/ le cristallin à 10^3 couches
cellulaires empilées sur 5 mm --> 5/ le corps vitré ou humeur vitrée
Constat : absence de vascularisation et ce contenu cellulaire transparent homogène en sont responsables donc =>
les rayons ne sont ni dispersés, ni réfléchis, ni absorbés
cristallin = tissu :
- 1/ enveloppé par une membrane acellulaire
- 2/ au dessous, à l’avant, à couche de cellules cuboïdes se divisant chez l’individu jeune, repoussant vers l'intérieur les
cellules plus anciennes (migration)
Durant migration, ces cellules en ruban (ou en lames) :
- 1/ s'allongent jusqu'à atteindre les pôles antérieur et postérieur du cristallin puis
- 2/ perdent ensuite leur noyau et leurs organites tel que
- 3/ ont leur cytoplasme (dans la partie centrale du cristallin) constitué à > 90% de protéines, les cristallines, formant un
gel optiquement très homogène et totalement transparent
- 4/ ont pour assurer leurs échanges métaboliques (eau, ions, glucose, déchets) avec les humeurs vitrée et aqueuse, 2
types de canaux, qui assurent aussi l'adhésion cellulaire : les aquaporines qui permettent le passage d'eau et les
connexons qui permettent le passage des métabolites et ions
diapo 5
cellules du cristallin :
- a/ = jamais remplacées
- b/ à pouvoir de division limité dans le temps : de nouvelles cellules se forment et s'ajoutent en périphérie : les divisions
débutent chez l'embryon et cessent vers 20 ans
- c/ à longévité exceptionnelle : privées de vaisseaux et d'organites, elles peuvent cependant rester fonctionnelles toute la
vie (> 100 ans) sans suppression ni remplacement !
➱ Rappels de SPC (à distribuer)
3/ le cristallin permet l’accommodation visuelle
a/ modification de son diamètre
muscles ciliaires du corps ciliaire, partie avant de la chroroïde, forment un anneau relié au cristallin par des ligaments
suspenseurs (= zonule).
diapo 5’,5’’,5’’’
état des
muscles
ciliaires
diamètre
cristallin
conséquences
relâchés
Ø max : ligaments suspenseurs
tendus et exercent des tractions
sur le cristallin
forme aplatie
↘ pouvoir de convergence =>
accommodation de plus loin
contractés
Ø réduit : ligaments suspenseurs
détendus : ↘Ø cristallin
forme bombée ( car élastique)
↗ pouvoir de convergence =>
vision de plus près
b/ modification de son épaisseur
La distance focale de l'œil est maximale (17 mm pour l'œil humain) quand les muscles ciliaires sont au repos : dans ces
conditions, l'œil n'accommode pas et on peut voir des objets situés à une distance maximale appelée punctum remotum,
qui est infinie pour un œil normal (œil emmetrope).
La distance focale de l'œil est minimale quand les muscles ciliaires sont contractés : l'œil accommode : on peut alors voir
nettement des objets situés à une distance minimale = punctum proximum = moins de 25 cm pour un œil normal moyen.
2
Remarque : on parle de "distance focale de l'œil" et non de celle du cristallin car l'œil est un système optique formé de
plusieurs milieux convergents (cornée, humeur aqueuse, cristallin, humeur vitrée). En revanche, l'accommodation dépend
uniquement du cristallin.
PP = Punctum Proximum = faible chez les enfants, ↗ régulièrement avec l'âge
Chez les Poissons, le cristallin ne change pas de forme et reste constamment sphérique : l'accommodation se fait par
déplacement du cristallin et non pas par déformation
diapo 6
http://clemspcreims.free.fr/Simulation/Accommodation.swf
4/ anomalies du cristallin et défauts visuels
la myopie
l’hypermétropie
la presbytie
la cataracte
l’astigmatie
conséquence d'une opacification du cristallin
Les cellules en ruban ne possèdent plus ni
l'information génétique ni les organites pour
renouveler les cristallines.
Si cristallin
trop
convergent
(distance
focale au
repos trop
courte) :
image d'un
objet à l'infini
se forme avant
la rétine :
vision de loin
perturbée.
Remarque.
L'œil myope
peut être aussi
trop profond
avec un
cristallin
normal. Cela
donne le
même résultat.
Si cristallin pas
assez
convergent
(distance focale
au repos trop
grande) : image
d'un objet à
l'infini se forme
en arrière de la
rétine : l'œil
accommode
alors en vision
de loin or
l’accommodation
a des limites, la
vision de près
peut être
perturbée.
Remarque. L'œil
hypermétrope
peut être aussi
trop peu profond
avec un cristallin
normal. Cela
donne le même
résultat.
avec le temps : accumulation de micro-lésions
ainsi que les dommages causés par les rayons UV
ou par diabète = irréversibles : les cristallines
finissent par précipiter.
perte de connexons => manque d’adhérence,
accumulation de déchets et défauts de transport
de l’eau qui envahit les espaces intercellulaires =>
détachement les unes des autres => la lumière ne
traverse plus librement le cristallin => cataracte (>
1 personne/ 5 > 65 ans, > 1 / 3 à partir de 75 ans
et 2 / 3 après 85 ans).
Vers 45 ans : cristallin perd peu à
peu son pouvoir
d'accommodation : le punctum
proximum se rapproche du
punctum remotum. Le sujet doit
progressivement éloigner les
textes qu'il lit mais sa vision de
loin n'est pas affectée.
Remarques :
- un myope n'aura pas besoin,
pendant un certain temps, de
corriger sa vision de près qui
était meilleure que la moyenne
(par contre sa vision de loin ne
s'améliorera pas)
caractéristiques : baisse de la vue, impression
de brouillard, éblouissement à la lumière vive.
cause de près de 40 % des 37 millions d'aveugles
dans le monde = 1ère cause de cécité dans le ⅓
monde.
- dans certains cas, la presbytie
révèle une hypermétropie qui, si
elle est légère, peut être
compensée par un effort
d'accommodation. Avec l'âge, la
capacité d'accommodation
diminuant, l'hypermétropie se
révèle. La presbytie est alors
précoce.
inégales
courbures de la
cornée
Seul traitement efficace = chirurgie : on enlève le
cristallin opaque et on le remplace par un cristallin
artificiel : le pouvoir d'accommodation est perdu
mais les prothèses récentes peuvent compenser
ce handicap.
Claude Monet (1840-1926) : peintre
impressionniste. diapo 6’, 6’’,7
Installé à Giverny où il crée, en 1890, un jardin
d'eau avec le bassin aux nymphéas qu'il peint
plusieurs fois à partir de 1897. quand les 2 yeux
du l'artiste sont atteints par la cataracte : les
teintes s'accentuent dans les rouges et les jaunes,
les bleus ont tendance à disparaître, les détails
s'estompent
https://sites.google.com/a/enplusducours.com/en-plus-du-cours/1ere-l---cours-et-documents : animations 1 & 2
➱ Le cristallin est l’un des systèmes transparents de l’oeil humain. Il est formé de cellules vivantes qui renouvellent en
permanence leur contenu. Les modalités de ce renouvellement sont indispensables à sa transparence.
Des anomalies de forme du cristallin expliquent certains défauts de vision. Avec l’âge sa transparence et sa souplesse
peuvent être altérées.
B/ La rétine, un tissu photosensible à l’origine de messages nerveux sensitifs ( AP# 2)
Constats :
3
condition
d’intensité
lumineuse de
l’environnement
de l’individu
phénotype visuel de l’individu
faible
on ne distingue pas les couleurs des objets qui,
en plus, apparaissent imprécis
forte
-
on distingue bien les couleurs des objets et
beaucoup mieux les détails qu’en faible
éclairement
Hypothèse interprétative
il existe au niveau de cette plaque
photographique qui impressionne la lumière et
qu’est la rétine 2 systèmes : l’un fonctionnant
en faible éclairement, l’autre en fort éclairement
Histoire des Sciences : depuis le XIXè siècle, en mélangeant RVB (Rouge/ Vert/ Bleu) en proportions variables => obtention
de toutes les couleurs => théorie trichromatique telle que ∃ 3 types de détecteurs rétiniens (physicien britannique Thomas
Young, 1801)
1/ un tissu à 3 types de couches cellulaires
CL rétine humaine x 400 : (AP # 2), organe sensoriel de l’oeil, membrane tapissant le fond de l’œil, constituée de neurones
interconnectés où se forme l’image d’un objet = film, pellicule photo, écran de formation les images des objets observés
dans le champ visuel
➱ voir correction en couleurs de la coupe observé en classe : http://lewebpedagogique.com/brefjailuleblogduprofdesvt/
files/2015/09/Sans-titre-2.pdf
fiche méthodologique : Comment réussir un dessin d’observation en SVT ? : http://lewebpedagogique.com/
brefjailuleblogduprofdesvt/2013/10/14/comment-realiser-un-dessin-dobservation/
1 neurone type : 1 corps cellulaire + prolongements cytoplasmiques (dendrites, axone) : une zone réceptrice (dendrites et
corps cellulaire) recevant messages d’autres neurones + région émettrice où élaboration du message (base de l’axone) puis
conduction le long de cet axone jusqu’à des contacts avec d’autres neurones (voir plus tard dans le cours, ex de l’action du
LSD) diapo 8, 8’
rétine = tissu à 3 couches cellulaires principales :
4
structure
fonction
couche 1 = photorécepteurs
couche 2 = neurones bipolaires
couche 3 = neurones
multipolaires = cellules
ganglionnaires
cellules réceptrices sensorielles, la
plus éloignée du cristallin de la vision
cônes et bâtonnets qui contiennent un
pigment rétinien protéique, l'opsine (ou
ionopsine, associé au rétinal)
= à axones en contact avec les
neurones bipolaires
auxquelles s'ajoutent cellules
horizontales + cellules
amacrines, à axones en rapport
avec les dendrites et corps
cellulaires des cellules
multipolaires (ganglionnaires)
à l'origine des fibres du nerf
optique
transmettre et sommer les
messages reçus des
photorécepteurs vers les
cellules multipolaires
acheminer au cerveau le
message nerveux généré
par les stimuli visuels à un
instant t
seules cellules rétiniennes excitables
par la lumière, = lieu de naissance des
messages nerveux
➱ donc la lumière doit traverser 2 couches avant d’atteindre les photorécepteurs et les stimuler : le message nerveux
naissant de cette stimulation se propage alors en sens inverse, des photorécepteurs vers les neurones multipolaires
logiciel oeil et la vision (P.Perez), menu photorécepteurs
quelques chiffres : pour chaque œil humain : rétine = disque de 42 mm Ø, d’épaisseur entre 150 µm au centre de la
macula (fovéa) et 400 dans la rétine périphérique, 100 millions de bâtonnets et 6 millions de cônes soit 106 x 10^6
photorécepteurs.
Comment perçoit-on les couleurs ?
2/ les photorécepteurs : les cônes et les bâtonnets
diapo 8’’, 9, 9-,9’,9’’s
Activité 2 : 2/ expérience (AP # 3) :
•
•
vision centrale : perception colorée forte, peu de perception de l’intensité lumineuse
vision périphérique : perception colorée faible, perception de l’intensité lumineuse plus importante
remarque : différences de potentiels électriques de part et d’autre de la membrane plasmique = « trains » de signaux ( = potentiels
d’action= PA) post absorption des radiations lumineuses par les pigments des photorécepteurs => codage en modulation de fréquence de
PA. Le décalage des 2 enregistrements à la surface de la rétine et à la surface du nerf optique indique la propagation du message dans le
nerf optique après passage par cellules bipolaires puis ganglionnaires diapo 9’,9’’, 9’’r,9bis
➱ les photorécepteurs traduisent les stimuli visuels lumineux en signaux électriques (PA) à l’origine du message nerveux
transporté par le nerf optique (conversion lumineuse => électrique)
Les Vertébrés ont une rétine inversée : les rayons lumineux qui traversent l'œil doivent donc traverser la couche de fibres
nerveuses et plusieurs couches cellulaires avant d'atteindre les photorécepteurs (l'épaisseur de la rétine est de 400 µm).
Cela est possible car la rétine est transparente.
interprétation du graphique Document 3 AP # 2 : macula = tache jaune/ nombre de cônes et de bâtonnets suivant l’angle d’excentricité par rapport à l’axe optique
au centre de l’oeil : axe optique : 1,5 mm diamètre = macula avec fovéa au centre (dépression : que des cônes)
•
•
plus on s’éloigne de la fovéa, plus l’excentricité augmente, la densité en cônes diminue et donc l’acuité visuelle
zone X = point aveugle : départ du nerf optique (voir AP # 2)
∃ 2 types de photorécepteurs : les cônes et les bâtonnets, que l’on distingue au MET (G > 1000) par leur segment externe
contenant un grand nombre de disques contenant eux-mêmes un grand nombre des molécules, des photopigments
(pigments sensibles à le lumière) : ceux qui l’ont en forme de cône ont été appelés photorécepteurs à cônes et ceux en
forme de bâtonnet photorécepteurs à bâtonnets.
5
cônes
bâtonnets
structure
segment externe : en forme de cône
segment interne : à organites classiques
pigment : opsine R, V ou B
=> cônes R,V et B
segment externe : en forme de bâtonnet
segment interne : à organites classiques
pigment : rhodopsine qui absorbe toutes les
longueurs d'onde du spectre de la lumière visible
et n'interviennent pas dans la vision des couleurs
nombre
6,5 millions / oeil
100 millions / oeil
répartition
surtout en zone centrale
surtout en zone périphérique
fonction
perception colorée
pas de perception des couleurs
sensibilité
fonctionnel en éclairement plus important (vision
diurne) : sensibilité bien plus faible => seuil de
stimulation élevé
fonctionnel en faible éclairement (vision
crépusculaire) : très élevée ( x 1000 celle des
cônes) => seuil de stimulation faible
diapo 9 ter, 9tr, 9tt, 10,10’,10’’,11,11’
Un pigment rétinien est formé de l'association de 2 molécules : l'opsine (protéine enchassée dans la membrane plasmique)
et le rétinal (non protéique, synthétisé à partir de la vitamine A).
a/ Représentation moléculaire d'un pigment rétinien
Quand le rétinal absorbe la lumière, sa conformation ( forme en 3D) change ce qui entraîne un changement de celle de
l'opsine. Il en résulte une cascade de réactions chimiques conduisant à la transformation du stimulus lumineux en
message nerveux conduit par le nerf optique : c'est la phototransduction. Cette situation (état activé) est instable : le rétinal
et donc l'opsine reprennent spontanément leur conformation d'origine (état passif).
b/ Spectre d'absorption des photorécepteurs de la rétine
Selon l'opsine, on distingue 4 types de pigments rétiniens absorbant chacun dans une gamme de longueurs d'ondes
différente et donc 4 types de photorécepteurs : chaque cellule photoréceptrice ne contient qu'un seul type de pigment, c'est
à dire un seul type d'opsine, le rétinal étant identique pour tous les pigments.
Remarque : c'est le rétinal qui absorbe les photons mais la gamme de longueurs d'ondes absorbée dépend de la nature de
l'opsine. - Il existe 1 seul type de bâtonnet car ils contiennent tous le même pigment (la rhodopsine) qui absorbe toutes les
longueurs d'onde du spectre de la lumière visible (avec cependant un maximum vers 498 nm). Les messages nerveux
provenant des bâtonnets sont donc perçus en noir et blanc.
Il existe 3 types de cônes contenant chacun un pigment différent :
- l'opsine S permet l'absorption dans le bleu (maximum d'absorption : 420 nm) S pour Short waves
- l'opsine M permet l'absorption dans le vert (maximum d'absorption : 530 nm) M pour Middle waves
- l'opsine L permet l'absorption dans le rouge (maximum d'absorption : 560 nm) L pour Long Waves
On qualifie donc les cônes de S, M et L (respectivement bleu (B), vert (V) et rouge (R)) selon l'opsine qu'ils contiennent.
Les lettres conventionnelles S, M et L proviennent des mots anglais Short, Medium et Long Wavelenght, qui correspondent
respectivement aux courtes, moyennes et grandes longueurs d'ondes.
Les spectres d'absorption des pigments se chevauchent. Pour une longueur d'onde donnée, les 3 types de cônes sont
stimulés, mais à différents degrés : cela permet la perception des couleurs intermédiaires. (voir AP # 3 : Logiciel De
Visu)
Les bâtonnets permettent la vision crépusculaire : la régénération (retour à l'état stable) de la rhodopsine ne s'opère qu'à
l’obscurité. Si une lumière intense persiste, la rhodopsine reste activée et les bâtonnets sont saturés ne peuvent plus
fournir de réponse : les cônes prennent alors le relais.
Les cônes ont besoin de davantage de lumière que les bâtonnets pour être stimulés et n'interviennent donc pas dans la
vision nocturne mais leurs pigments peuvent se régénérer (retour à l'état passif) à la lumière ce qui permet la vision diurne.
http://www.sciences-animations.fr/media/media_seul.php?media=26
6
La rétine centrale ou macula (ou tache jaune) est dans l'axe optique et occupe un champ circulaire de 6 mm : les vaisseaux
sanguins de la choroïde convergent en un point qui est aussi le point de départ du nerf optique. Le centre de la macula, la
fovéa, à l’excentricité nulle, est une dépression de 200 µm de diamètre où s’observe un déplacement latéral des neurones
et des fibres nerveuses : seuls y demeurent les photorécepteurs à cônes qui, du fait de la faible épaisseur de la rétine à ce
niveau (cônes concentrés moins long que les bâtonnets), reçoivent davantage de lumière.
Remarque : on note l'abondance des cellules ganglionnaires au niveau de la macula.
Les fibres nerveuses qui tapissent la face interne de la rétine traversent les enveloppes de l'œil pour former le nerf optique.
Cela entraîne l'interruption de la couche de photorécepteurs et marque le point aveugle où il n’y en a pas (pas de cellules
photosensibles capteurs de stimuli lumineux à cet endroit => pas de vision possible)
Activité 3 Document 3 (AP # 2)
valeur d’angle
(en degrés)
zone correspondante rétinienne
cellules visuelles
0
fovéa (tache jaune)
cônes : densité maximale (160 000.mm-2)
0 à 10
bord de la fovéa
moins de cônes, plus de bâtonnets
10 à 20
côté nasal : point aveugle
côté temporal
rien
cônes peu nombreux, max de bâtonnets ( 160 000.mm-2)
20 à 30
bâtonnets peu nombreux, cônes nombreux
rétine périphérique
30 à 70
cônes peu nombreux, bâtonnets peu nombreux
NB : lutéine (caroténoïde par l’alimentation pour renouveler la tache jaune (fovéa) avec le xanthophylle zéaxanthine)
diapo 12,12’,12’’,13’
faible éclairement
fort éclairement
seuls les bâtonnets sont fonctionnels : le grand
nombre de disques de leur segment externe et les
propriétés de leur pigment, la rhodopsine, les
rendent 1000 fois plus sensibles à la lumière que les
cônes
la rétine périphérique, riche en bâtonnets, est donc la
rétine fonctionnelle en faible éclairement
la perception des couleurs est alors impossible, car
les bâtonnets ont un pigment commun, la
rhodopsine, qui absorbe les photons avec un
maximum d’absorption à 498 nm
tous les bâtonnets stimulés répondent de la même
façon aux mêmes longueurs d’onde donc pour une
intensité lumineuse donnée, la réponse d’un
bâtonnet, qui dépend du nombre de photons
absorbés, est le même pour une radiation de
longueur d’onde de 450 nm (bleu-violet) que de 540
nm (vert-jaune) => pas de discrimination des
couleurs
seuls les cônes sont fonctionnels : il en existe 3 qui différent par
leur pigment :
- cônes bleus à opsine «bleue» à absorption max à 437 nm,
bleu-violet, pigment S
- cônes verts à opsine «verte» à absorption max à 533 nm, vert,
pigment M
- cônes rouges à opsine «rouge» à absorption max à 564 nm,
jaune-rouge, pigment L
chaque type de cône ne peut isolément adresser un message
spécifique d’une couleur précise : par exemple, un cône va
émettre le même message pour des radiations assez peu
intenses qu’il absorbe beaucoup et des radiations plus intenses
qu’il absorbe moins (l’absorption photonique sera la même).
Mais un message venant de l’activité de 3 types de cônes sera,
indépendamment de l’intensité lumineuse, caractéristique d’une
longueur d ‘onde et donc d’une couleur précise : qu’un seul type
de cône ou que plusieurs soient concernés, le message résultant
ne sera jamais équivoque.
constat : vision sur les côtés = pas terrible, on a plus tendance à centrer les objets observés en face de nous : pourquoi ?
➱ La discrimination (distinction) des détails en périphérie est imparfaite car des centaines de photorécepteurs sont reliés
à 1 seule cellule bipolaire et plusieurs bipolaires à une seule multipolaire : c’est le phénomène de convergence périphérique
des réseaux ➱ l’acuité visuelle est beaucoup plus importante en vision centrale (fovéa) qu’en périphérie en raison d’une
relation sans convergence : la convergence du réseau nerveux y est beaucoup moins marquée :
•
•
à la fovéa : 1 photorécepteur ➱ 1 neurone bipolaire ➱ 1 neurone multipolaire
près de la fovéa : 10 photorécepteurs ➱ 5 neurones bipolaires ➱ 1 neurone multipolaire
7
•
en périphérie : 200 photorécepteurs ➱ 10 neurones bipolaires ➱ 1 neurone multipolaire
La rétine est une structure complexe qui contient les photorécepteurs, cellules photosensibles et récepteurs sensoriels de
la vision. Chez l’homme, elle contient des cônes permettant perception colorée (3 types respectivement sensibles
majoritairement au B, V et R) et les bâtonnets sensibles à Ides intensités lumineuses plus faibles.
La rétine est une structure complexe qui contient les photorécepteurs, cellules photosensibles et récepteurs sensoriels de
la vision. Chez l’homme, elle contient des cônes permettant perception colorée (3 types respectivement sensibles
majoritairement au B, V et R) et les bâtonnets sensibles à Ides intensités lumineuses plus faibles.
3/ une chaîne neuronique permet la transmission du message visuel sous forme nerveuse électrique (cf planche)
Les bâtonnets et les cônes communiquent avec les neurones bipolaires qui, à leur tour, communiquent avec les cellules
ganglionnaires. Les cellules horizontales et les cellules amacrines assurent une communication latérale (permettent
l'intégration de l'information avant son acheminement au cerveau). La rétine ne rediffuse pas l'image, mais la transforme
en message nerveux acheminé vers le cerveau par les fibres nerveuses issues des cellules ganglionnaires qui forment le
nerf optique. Le message nerveux au sens strict ne nait véritablement qu'à partir des cellules ganglionnaires : il est codé
en modulation de fréquence de signaux électriques qu’on appelle des potentiels d’action. Les mécanismes de communication entre
les cellules de la rétine sont complexes et hors programme.
Le temps nécessaire pour que ces processus chimiques se réalisent est d'environ 45 ms : cela entraîne le phénomène de
persistance rétinienne qui fait que 2 images se succédant rapidement apparaissent en continu (principe du cinéma : 24
images.s-1 : 41 ms entre chaque image … et de la télévision). ➱ animation logiciel « l’oeil & la vision»
pathologie du nerf optique : le glaucome
maladie dégénérative du nerf optique entraînant une perte progressive de la vision commençant tout d'abord en périphérie et progressant
graduellement vers le centre, souvent associée à une pression intra-oculaire (PIO) élevée qui comprime et endommage les fibres du nerf
optique et de la rétine. Dans d'autres cas, malgré une PIO normale, une circulation sanguine inadéquate entraîne la mort (nécrose) des
cellules du nerf optique et de la rétine. La perte de vision associée au glaucome est permanente et irréversible. Sans traitement, cette
maladie peut mener jusqu'à la cécité.
a/ Les champs récepteurs
1953 : Kuffler : observer l’activité électrique de réponses des cellules ganglionnaires à un stimulus lumineux avec une
électrode placée dans la rétine, permettant d’avoir accès à son activité électrique. On observe alors les potentiels d’action
lors de la stimulation du champ visuel par des points lumineux.
résultats:
- il existe une zone en dehors de laquelle la cellule ne réagit pas, que l’on appelle le champ récepteur
- la réponse est différente à l’allumage ou à l’extinction d’une lumière. On distingue les réponses ON et OFF. La réponse
ON correspond à la détection d’une augmentation de l’intensité lumineuse donc à l’allumage, la voie OFF une
diminution à l’extinction. Ces deux grandes voies sont conservées jusqu’au cortex. C’est ce processus qui permet de
détecter le contraste
- à la périphérie du champ récepteur, sur une couronne, on a pu observé la réponse opposée à celle de la zone centrale
En moyenne (exception : la fovéa) : chaque cellule bipolaire est reliée à plusieurs bâtonnets ou à plusieurs cônes et chaque
cellule ganglionnaire reçoit des informations de plusieurs cellules bipolaires (convergence). Pour 100 x 10^6
photorécepteurs dans chaque rétine, nous possédons seulement 10^6 cellules ganglionnaires (100 fois moins). Tous les
bâtonnets et les cônes qui envoient l'information à une même cellule ganglionnaire (via les cellules bipolaires,
horizontales et amacrines) forment le champ récepteur (circulaire) de cette cellule.
Les cellules ganglionnaires de la fovéa, qui ne contient que des cônes, ont des champs récepteurs beaucoup plus petits que
celles de la périphérie, contenant des bâtonnets. Cela a 2 conséquences :
- 1/ l'acuité visuelle (capacité à séparer 2 points) est améliorée à la fovéa de jour car chaque fibre nerveuse du nerf optique
concerne une petite surface de réception photosensible
- 2/ la sensibilité de la rétine périphérique est améliorée de nuit car les stimulations de chacun des bâtonnets reliés à une
même fibre nerveuse s'additionnent : on parle de sommation spatiale.
Il y a davantage de cellules ganglionnaires à la fovéa. Le pouvoir séparateur est la valeur limite de l'angle permettant de
séparer 2 points : chez l'Homme, il est de 1 minute : il est quantifié par son inverse : l'acuité visuelle. Chez l'Homme,
l'acuité visuelle moyenne est de 10/10e ce qui correspond à la séparation de 2 points sur la rétine d'environ 5 µm (il est
donc possible d'avoir une acuité visuelle supérieure à 10/10e ). Un faucon possède 1 000 000 cellules.mm2 de fovéa, son
acuité visuelle est 8 fois supérieure à la nôtre. Il possède de plus 2 fovéas dans chaque œil : l'une reçoit la lumière de front,
l'autre la reçoit de dessous. En vol, le faucon voit en même temps ce qui se passe devant lui et ce qui se passe au dessous.
Il peut ainsi diriger sont vol et repérer en même temps une proie au sol.
Comment peut-on évaluer le champ visuel ?
Activité 3 AP # 3
8
1/ ci-contre
2/ la perception colorée est maximale en vision centrale
remarque : 1 champ pour chacune des 3 couleurs B > R > V
3/ pas de vision colorée en vision périphérique
4/ les photorécepteurs sensibles aux couleurs sont les cônes sur la rétine centrale : les photorécepteurs
sensibles à l’intensité lumineuse sont les bâtonnets sur la rétine périphérique
remarque : dilatation de la pupille la nuit au contraire de la fermeture de la pupille le jour
1/ sensibilité des bâtonnets aux faibles éclairements > celle des cônes
(spectre visible lumière blanche 400 à 800 nm)
2/ 1 & 2 : 3 types de cônes selon leur sensibilité aux différentes longueurs d’onde
ils absorbent toutes les radiations :
- 1er groupe de réponse max : 550 - 700 nm = pour les radiations rouges (10^3 lux, max : 580 nm)
- 2è groupe réponse max : 500-600 nm (10^3 lux, max : 550 nm)
- 3è groupe : réponse max : 400 - 500 nm (10^4 lux, max : 450 nm) pour les radiations bleues
comme champ visuel = 3 champs différents
la perception des teintes IR résulte de la somme,de 2 voir 3 types de cônes
un seul type de bâtonnet avec une sensibilité min > 0 aux cônes (1 lux) max sensibilité à 500 nm
ils sont précieux en vision crépusculaire car eux seuls peuvent être stimulés par faibles éclairements
b/ l’acuité visuelle de la rétine
acuité visuelle : capacité à discerner un petit objet (= optotype) situé le plus loin possible = maximale au niveau de la fovéa (à condition que l'éclairement soit suffisant).
=> lors d'une activité de précision comme la lecture, le sujet recherche le bon éclairement et bouge sans arrêt les yeux de
manière à diriger les fovéas des 2 yeux vers les caractères regardés.
remarques : durant examen ophtalmologique : acuité visuelle se mesure de loin, de près ou à une distance IR selon les besoins et les
possibilités.
pouvoir séparateur de l'œil = faculté à discerner 2 points distincts (donc avant de ne plus en voir qu'un seul) = directement en rapport
avec la qualité des récepteurs visuels de la rétine et surtout des bâtonnets. (un peu comme la qualité de finesse du grain d'une pellicule
photographique).
fonctionnement correct des cônes cependant très important : personnes atteintes d'achromatopsie congénitale, où cônes ne
fonctionnent pas, acuité visuelle comprise entre 1/20 et 2/105), faible ! = acuité visuelle nocturne
acuité visuelle = f(optotype : (lettres, chiffres, dessins d'objets, anneaux ouverts de Landolt, E orientés, etc.)
pour une même taille d'optotypes, parfois des surprises : A reconnu mais pas une maison dessinée
Chez l'enfant avant l'âge de la parole : mesure l'acuité visuelle en présentant à l'enfant des mires de plus en plus fines : regard = attiré si
et seulement si les mires sont visibles.
Comment peut-on évaluer le champ visuel ?
Activité 3 AP # 3
4/ anomalies de la vision
exercice DMLA : hachette p 246 (DM) diapo 14’,14’’
exercice daltonisme : doc 3 p 309
diapo 15
+ test d’Ishiara
anomalies : un dysfonctionnement des cônes confirme ce qu’on vient de voir concernant la perception colorée :
9
absence totale de
cônes (achromatie)
absence de cônes verts
et rouges
(monochromatie)
absence de cônes
bleus
daltonisme plus fréquent (John Dalton,
anglais, atteint, 1ère description, 1794)
absence de vision
colorée + vision peu
précise avec
uniquement recours
à la vision
périphérique
rétinienne
meilleure perception des
détails + netteté en fort
éclairement mais
perception colorée non
assurée (un seul type de
cônes fonctionnel)
affection très rare
empêche la
perception
colorée violet/
bleu/vert du
spectre
absence de cônes verts ou rouges, tous 2 actifs
dans des régions proches du spectre =>
impossibilité
à distinguer les verts, jaunes, orangés, rouges,
tous apparaissant en teintes jaunes, plus ou
moins délavée : aucun daltonien ne confond
exactement les mêmes couleurs mais en
général le rouge et le vert sont affectés
Le système cristallin / rétine induit une perception nette et transmet au cerveau des informations nerveuses concernant
les images et objets perçus dans le champ visuel de l’individu.
C/ Les photorécepteurs, des cellules produits de l’évolution
AP # 3
Le daltonisme se manifeste par des perturbations de la vision des couleurs
Cause : est lié à une ou plusieurs mutations sur les gènes des pigments rétiniens des cônes ce qui entraîne la défaillance
dans la sensibilité à des longueurs d'ondes particulières (on compte 100 x 10^6 photopigment / type de photorécepteur
(cône ou bâtonnet)
Conséquences : cela se traduit par des perturbations de la vision des couleurs.
Dans certains cas, des 3 types de cônes est déficient, la perception des couleurs est imparfaite, on parle alors de
daltonisme ( du nom du chimiste anglais John Dalton 1766-1884, lui-même atteint de cette anomalie ). En Europe, on
estime que le daltonisme touche, à des degrés divers, 8 % des hommes et 0,4 % des femmes soit x16 chez hommes, ce qui
signifie que pas mal d’allèles sont sur X. La forme la plus courante de daltonisme entraîne des confusions entre des
couleurs comme le vert et le rouge par exemple. Dans les formes les plus aiguës de l'anomalie, la vision en couleur n'existe
pas, le monde est uniquement perçu en nuances de gris (noir et blanc).
1/ les gènes des opsines : une famille multigénique
L'Homme et les singes de l'ancien monde (Afrique, Asie et Europe) possèdent 3 gènes différents codant trois opsines
différentes responsables de la vision des couleurs : S (sur le chromosome 7) ; M et L (sur le chromosome X). Ils sont
trichromates. Les singes du nouveau monde (Amérique) possèdent le gène S (sur le chromosome 7) et un seul gène (sur le
chromosome X) dont il existe plusieurs allèles codant pour une opsine qui absorbe soit dans le rouge soit dans le vert. Ils
sont dichromates comme la plupart des Mammifères.
Remarque : Les mâles (XY) des singes du nouveau monde sont forcément dichromates, mais les femelles (XX) peuvent être
trichromates si elles possèdent deux allèles différents sur chacun de leurs deux chromosomes X, l'un codant une opsine
absorbant dans le rouge et l'autre codant une opsine absobant dans le vert. Les gènes des opsines sont portés par les
chromosomes 3 (opsine des bâtonnets), 7 (opsine S) et X (opsines M et L). Ils constituent une famille multigénique car ils
dérivent tous d'un même gène ancestral par duplications géniques, transpositions et mutations indépendantes
successives. Cela explique qu'ils aient conservé une séquence de nucléotides voisine et donc que la séquence des acides
aminés des différentes opsines le soit également (plus de 20% de similitudes).
diapo 16, 17,17’
2/ leur étude place l’Homme parmi les Primates
a/ Comparaison de la séquence de l'opsine S chez quelques primates avec Phylogène
La matrice des différences (en %) est un tableau à double entrée indiquant ici le nombre de différences en pourcentage
dans la séquence des acides aminés de l'opsine S pour les espèces prises 2 à 2.
Principe de construction d'une arbre de parenté à partir de données moléculaires
- 2 espèces qui présentent une même nouveauté évolutive l'ont hérité d'un ancêtre commun chez qui l'innovation est
apparue.
- pour 2 espèces données, possédant une même protéine (protéines homologues), plus le nombre de différences dans la
séquence des acides aminés est important, plus le nombre de mutations du gène codant cette protéine est important, plus
l'ancêtre commun aux deux espèces est éloigné dans le temps. Dans un arbre de parenté (= arbre phylogénétique), chaque
nœud correspond à un ancêtre commun et chaque extrémité de branche à un organisme (actuel ou fossile).
b/ Arbre de parenté des primates construit par comparaison des opsines S
L'Homme, le Chimpanzé et le Bonobo sont le plus étroitement apparentés car ils ont l'ancêtre commun le plus récent.
L'Homme est plus proche des singes de l'ancien monde (Afrique, Asie et Europe) que de ceux du nouveau monde
(Amérique). Comme l'Homme, les singes de l'ancien monde (d'Afrique et d'Asie) sont trichromates car ils possèdent les
opsines S, M et L. Ceux du nouveau monde (Amérique) sont dichromates, ont 2 opsines permettant la vision des couleurs
10
(l'une sensible au bleu et l'autre sensible soit au rouge, soit au vert). Quand des espèces partagent une même nouveauté
évolutive, elles l'ont hérité d'un ancêtre commun qui leur est propre. L'ancêtre commun à l'Homme et aux Singes de l'ancien
monde est donc plus récent que leur ancêtre commun avec les Singes du nouveau monde avec qui nous partageons
d'autres nouveautés évolutives des Primates. Plus le nombre de différences dans la séquence des gènes des opsines (ou
dans celle de ses acides aminés) est faible pour 2 espèces plus elles sont apparentées. Cela permet de préciser la place de
l'Homme parmi les Primates trichromates. L'Homme est ainsi plus proche du Chimpanzé que du Gorille, lui même plus
proche de l'Homme que le Macaque.
diapo 18,19,20,21,22
Comment la perception visuelle s’élabore-t-elle ?
II / L’ORGANE CERVEAU DANS LA FONCTION « VISION » : AIRES CEREBRALES & PLASTICITE
Comment voir une image en relief ? Pourquoi 2 individus ne perçoivent pas exactement
l’environnement de la même manière ? Comment comprendre une image ?
A/ Les aires cérébrales permettent une représentation mentale des stimuli visuels captés : le rôle du
génome et de l’environnement dans la perception visuelle
1/ les nerfs optiques, des organes véhiculant les messages nerveux visuels au cerveau
Après les globes oculaires , les fibres nerveuses, issues des cellules ganglionnaires de la rétine, forment 2 nerfs optiques
qui se croisent au niveau du chiasma optique en arrivant dans le cerveau.
diapo 23 + CT à voir + 24
2/ le traitement des messages : les voies visuelles
diapo 25,25’, 26, 26’’
AP # 4
http://geobiodidac.free.fr/enseignants/cours%201L/voies%20visuelles/Animation1.gif
correction AP # 4
Au delà du chiasma (le « X »), les voies optiques se poursuivent par le tractus dans chacun des 2 hémisphères et
aboutissent au niveau du cortex visuel primaire (dit V1) qui se situe dans la profondeur du lobe occipital.
Cas clinique : chez un patient ayant perdu la vue par suite d’une hémorragie cérébrale révélée par la zone sombre à l’IRM, à
l'arrière du cerveau (flèche) : la zone touchée correspond à l'aire visuelle primaire (aire V1) : le reste du cortex et les yeux
continuent de fonctionner.
diapo 27
Le chiasma permet aux fibres conduisant les messages nerveux provenant de la partie gauche du champ visuel de chaque
œil de se diriger vers l'hémisphère droit du cerveau et à celles conduisant les messages nerveux provenant de la partie
droite du champ visuel de chaque œil de se diriger vers l'hémisphère gauche (60% des fibres croisent au niveau du chiasma
et 40% continuent du même côté).
diapo 28 + fiche annexe TEP / IRM + 28’
fin du XIXème siècle : le psychiatre allemand Paul Emil Flechsig : certaines régions du cerveau (dont V1) étaient totalement
développées à la naissance, alors que d'autres (entourant V1) continuaient de se développer, comme si leur maturation
nécessitaient une certaine expérience => l'aire V1 est "le lieu d'entrée des radiations visuelles dans l'organe de l'esprit" et
les régions alentours sont les régions des fonctions psychiques supérieures en rapport avec la vue
Ce minimum d'efficience visuelle innée est indispensable pour que le bébé, lors de conditions visuelles précises (comme la
vue du visage de sa mère au moment de l'allaitement), puisse "prendre goût" au fait de regarder, et qu'ainsi, la prise du
plaisir lors de l'acte de regarder le pousse à essayer de regarder encore et encore : le développement de la perception
visuelle de l'enfant sera conditionnée par la maturation de l'appareil visuel et l'ensemble du développement sensori-moteur
du bébé puis du jeune enfant.
http://www.youtube.com/watch?v=L644mr1p75c
principe de l’IRM : http://www.youtube.com/watch?v=9PHUweuoZfI
a/ Reconnaissance visuelle des mots
diapo 28’’
L'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) permet de mesurer l'augmentation du débit sanguin dans un
tissu en relation avec son activité biologique : cette technique est basée sur le fait que l'hémoglobine du sang perturbe la
résonance magnétique des noyaux d'hydrogène de son voisinage, perturbation qui dépend de la charge de l'hémoglobine en
02(g). Quand l'organe s'active, le débit Ds du sang oxygéné augmente et entraîne la modification du signal de résonance =>
ce sont les Δ∆ Ds qui sont interprétées = Δ∆ activités
b/ Aires corticales activées lors d'une tâche sensorielle de vision des couleurs (IRMf)
diapo 29
Une aire visuelle spécialisée dans la perception des formes et des couleurs (aire V4) est située au niveau du lobe occipital.
EduAnatomist (individu 131331)
11
c/ Aires corticales activées lors d'une tâche sensorielle de vision des mouvements (IRMf)
diapo 30
On met en évidence l'aire visuelle spécialisée dans la perception des mouvements (aire V5) située au niveau de la région
temporo-occipitale. EduAnatomist (individu 131331)
Les aires fonctionnelles visuelles impliquées dans la vision des mouvements sont donc distinctes des aires impliquées
dans la vision des couleurs.
3/ la complémentarité vision / mémoire
a/ Activité corticale lors de la reconnaissance d'un texte
diapo 31
La zone de reconnaissance des mots est d'autant plus activée que les lettres sont connues, fréquentes, associables et
correspondent à un mot réel.
b/ Perception visuelle et interprétation
diapo 32,33
Chez un lecteur entraîné un mot est analysé dans son ensemble, comme une entité, et non syllabe par syllabe ou lettre par
lettre. Ce n'est pas le cas chez un enfant qui apprend à lire. Le temps nécessaire à l'identification de la couleur est
beaucoup plus long lorsque le mot est incongruent (le mot "bleu" écrit en "rouge") que lorsque le mot est congruent (le mot
"rouge" écrit en rouge) ou neutre (le mot "lion" écrit en rouge). Il existe un effet d'interférence (effet Stroop) provoqué par la
lecture automatique du mot.
c/ Reconnaissance d'un visage (IRMf)
diapo 34
La présentation d'une image brouillée entraîne une tentative de reconnaissance par le cortex occipital, la mémoire ne peut
pas intervenir. La présentation d'un visage inconnu entraîne l'activation d'une aire associative, pour un visage connu une
aire frontale intervient dans sa reconnaissance. Il n'existe pas d'aire spécifique de LA mémoire car d'une part il existe de
multiples formes de mémoire (texte, visage, conduite automobile, événements...) et, d'autre part, les aires qui interviennent
dans la mémoire ont aussi d'autres fonctions. Le cortex visuel primaire (aire V1 en 1 et 2 ) reçoit les fibres nerveuses en
provenance de la rétine et communique notamment avec le cortex visuel secondaire (aire V2). L’analyse des stimulus
visuels se poursuit ensuite dans de nombreuses autres aires visuelles tertiaires ou aires associatives (V3, V4, V5 (ou MT),
PO, etc.). Il existe deux grands systèmes de traitement de l'information visuelle : la voie ventrale qui s’étend vers le lobe
inférotemporal et serait impliquée dans la reconnaissance (forme, couleur...) des objets d'une part (voie du "quoi") et la voie
dorsale qui se projette vers le lobe pariétal et serait essentielle à la localisation des objets (voie du "où"). diapo 35,36,37,38
4/ des molécules perturbent la fonction « vision »
L'ergotisme (est une très grave intoxication due à l'ergot du seigle qui est un champignon parasite des céréales contenant
naturellement de l'ergotamine). Celle-ci provoque notamment des convulsions et des hallucinations car elle perturbe la
transmission du message nerveux entre 2 neurones successifs au niveau cérébral (cf : la tentation selon St Antoine, Bosch)
diapo 39
Le LSD (de l'allemand Lysergesäurediethylamid) est une drogue hallucinogène obtenue par synthèse à partir de l'acide
lysergique voisin de l'ergotamine. Les perturbations visuelles provoquées par les dogues hallucinogènes comme le LSD,
ont déclenché, dans les années 1960 un courant artistique : le psychédélisme qui s'inspire des perceptions sensorielles
(visuelles et auditives) ressenties sous l'effet des drogues hallucinogènes.
diapo 40
a/ notion de synapse
diapo 41
AP # 5
organisation (MET) : A : au repos // B : quand existence d’un message nerveux
diapo 42
AP # 5
D'un neurone à l'autre : transmission du message nerveux par l'intermédiaire de zones de quelques dizaines nm =
synapses. Lors de l'arrivée d'un message nerveux à l'extrémité du neurone présynaptique, les vésicules de
neurotransmetteur déversent une partie de leur contenu dans l'espace synaptique. Le neurotransmetteur se fixe alors sur
des récepteurs spécifiques portés par le neurone postsynaptique : cela peut déclencher la naissance d'un nouveau
message nerveux. La fixation du neurotransmetteur sur le récepteur se fait par complémentarité de conformation. Toutes
substances psychotropes agissent au niveau synaptique en provoquant soit l'accumulation, soit l'élimination d'un
neurotransmetteur, soit encore en mimant son action ou en l'inhibant. La sérotonine est l'un des nombreux
neurotransmetteurs ; elle intervient dans diverses fonctions cérébrales (perception sensorielle, humeur, émotivité,
sommeil...) : la partie de la molécule qui se fixe sur le récepteur a une conformation semblable à celle d'une partie de la
molécule de LSD. Les 2 molécules peuvent se fixer sur le même récepteur.
diapo 43
http://www.biologieenflash.net/animation.php?ref=bio-0033-2
http://www.mind.ilstu.edu/flash/synapse_1.swf
b/ Activation des récepteurs à la sérotonine (IRMf)
12
diapo 44
Les tons froids correspondent à une activité faible, les tons chauds à une activité forte.
Les récepteurs spécifiques de la sérotonine sont largement répartis dans le cerveau (à gauche). Leur activité est
augmentée par la consommation de LSD (à droite). On retrouve notamment le LSD dans les corps genouillés latéraux
(CGL), principale zone de relais synaptique entre la rétine et le cortex visuel. Les molécules de LSD se fixent sur les
récepteurs de la sérotonine, cela déclenche des messages nerveux sans qu'aucune stimulation n'ait eu lieu.
c/ action du LSD
diapo 45, 46, 47 (planche ), 48
prise de LSD ➱ hallucinations visuelles et auditives + vertiges, vomissements, troubles respiratoires et locomoteurs. prises
répétées : ➱ ↘ renouvellement R sérotonine sur les membranes des neurones postsynaptiques + peut causer troubles
psychiatriques durables dès 1ère prise (états dépressifs, phobies, sensations d'angoisse et même des tentatives de suicide)
effet LSD ↘ peu à peu = accoutumance ➱ pour effet constant : ↗ doses
http://www.youtube.com/watch?v=A7ggxygLL0I
http://www.youtube.com/watch?v=Ku24ICS_ePU
autres psychotropes : quelques effets
psylocine (dans les champignons hallucinogènes )
mode d'action voisin du LSD.
effets : induit des distorsions visuelles ou auditives,
provoque des visions extraordinairement colorées, en
mouvements kaléidoscopiques où l'usager se perd dans
un monde imaginaire.
Les champignons à psilocybine peuvent causer des
accidents psychiatriques graves et durables, parfois dès
1ère prise => = « syndrome post-hallucinatoire
persistant » (bad trip), à savoir angoisses, phobies, état
confusionnel, dépression voire bouffées délirantes aiguës
ecstasy (psychotrope de synthèse contenant
le NMDA)
drogue de synthèse à, entre autres, effets
hallucinogènes
n'agit pas en mimant les effets de la
sérotonine, mais favorise, sa libération et
empêche sa recapture par le neurone
présynaptique => s'accumule dans la fente =>
agit davantage sur le neurone postsynaptique.
amphétamines + cocaïne agissent de manière
comparable avec d'autres neurotransmetteurs
éthanol (des alcools)
Même en dessous du
seuil toléré, l'alcool
perturbe la vision par
une mauvaise
appréciation des
distances et une
diminution de
l'étendue du champ
de vision. Le cannabis
a, entre autres, des
effets comparables.
Tous les psychotropes agissent au niveau synaptique en provoquant l'accumulation ou l'élimination d'un
neurotransmetteur, en mimant son action ou en l'inhibant.
B/ La plasticité cérébrale est liée aux expériences individuelles
Le développement de la fonction visuelle s'initie, à la naissance, à partir d'un «pré-cablage», permettant ainsi au nouveauné d'associer très précocement à ses premières perceptions visuelles, des affects agréables.
1/ quand ? : le cortex visuel s’organise pendant le développement embryonnaire et post-natal
développement = ∑ transformations par lesquelles passe un être vivant pluricellulaire depuis la fécondation jusqu'à la
maturité sexuelle (à ne pas confondre avec la croissance).
a/ Organisation du cortex visuel primaire (chez le singe)
diapo 49
Les fibres nerveuses conduisant les messages en provenance de la rétine forment une série alternée de bandes claires (car
marquées pour l'œil gauche) et sombres (car non marquées pour l'œil droit), d'environ 0,5 mm de large chez le macaque,
correspondant à chacun des 2 yeux et appelés colonnes de dominance oculaire (image de gauche)
- injection dans l'œil gauche un traceur radioactif transporté de neurone en neurone jusqu'au cortex primaire qui est
ensuite observé par autoradiographie
- même expérience est réalisée sur un singe à œil droit suturé entre l'âge de 2 jours et 18 mois (image de droite).
Constat : les colonnes correspondant à l'œil gauche se sont élargies au détriment de celles correspondant à l'œil droit.
b/ Expérience individuelle et maturation du cortex visuel chez le chat
13
diapo 50
constats
témoin
interprétation
Les neurones de la classe 1 sont exclusivement stimulés par
l'œil droit, ceux de la classe 7 sont exclusivement stimulés par
l'œil gauche, ceux de la classe 4 sont indifféremment stimulés
par les deux yeux tandis que les autres sont surtout stimulés
par l'œil droit (classes 2 et 3) ou par l'œil gauche (5 et 6). La
classe 00 correspond à des neurones qui ne peuvent être
stimulés par aucun œil.
∃ période critique dans développement
cortex visuel au cours de laquelle des
Occlusion de l'œil droit entre l'ouverture des yeux (1 semaine) et circuits nerveux se mettent en place
2,5 mois. La mesure est réalisée à 38 mois. La cécité corticale
(connexions interneuronales )
expérience 1 de l'œil droit est définitive alors que l'œil fonctionne (=
amblyopie).
Occlusion de l'œil droit entre 12 et 38 mois (le chat est adulte à
expérience 2 6 mois). Après l'expérience, la vision binoculaire normale se
réinstalle rapidement.
c/ Réaffectation du cortex visuel chez l'Homme
Lorsqu'un voyant lit du braille les yeux bandés, son cortex visuel ne réagit pas, mais la même tâche effectuée par un nonvoyant depuis ses 3 ans et entraîné à la lecture du braille mobilise les aires visuelles pour une sensation tactile.
2/ quoi ? : la plasticité cérébrale permet l'apprentissage et la mémoire
La perception visuelle est une création cérébrale venant de l’activité d’un grand nombre d’aires cérébrales spécialisées
communiquant entre elles : notre façon de voir = f (construction personnelle du cerveau).
Quelle est la part du génome dans la construction du système visuel ? La part environnementale ?
constats : chez le singe macaque : l’organisation du système visuel est identique à celle de l’Homme : entrée des
informations au niveau d’une aire visuelle primaire située dans le cortex occipital, existence de 2 grandes voies de
traitement des messages visuels avec les mêmes aires spécialisées, agencées de la même manière et même si le cortex
visuel est plus développé chez l’Homme, l’architecture reste la même. ➱ cela montre un déterminisme génétique de la
construction globale du système visuel, héritage de l’ancêtre commun à tous les Primates.
a/ apprentissage et plasticité chez l’adulte (IRMf)
diapo 51,52
constats : chez l’Homme : chez des aveugles de naissance, ayant appris à lire le braille, des études d’imagerie cérébrale ont
montré une activation du cortex visuel, notamment de l’aire visuelle primaire, au cours d’un exercice de lecture. Par cet
apprentissage, le cortex visuel, qui normalement traite les messages nerveux issus de la rétine, traite les messages tactiles
issus des doigts : on a même mis en évidence une représentation des doigts dans le cortex visuel de ces aveugles lecteurs
de braille : ➱ cela traduit des possibilités de réorganisation des réseaux neuronaux cérébraux à la suite d’un
apprentissage : c’est la plasticité cérébrale, notamment à l’oeuvre lors de l’apprentissage de la lecture.
2 groupes de volontaires voyants sont entraînés à lire le braille de manière intensive pendant 5 jours. Un groupe porte en
permanence un bandeau (jour 1) privant de toute stimulation visuelle, l'autre non. Le groupe ayant les yeux bandés apprend
beaucoup plus vite le braille que l'autre. L'IRMf montre que cette capacité repose sur la reconversion des aires visuelles
(jour 5) mais que celle-ci disparaît rapidement lorsque le sujets retrouvent la vue (jour 6).
b/ La plasticité neuronale
diapo 53, 54, 55
Parmi les aires du cortex temporal impliquées dans la reconnaissance des objets, une = spécialisée dans reconnaissance
mots + lettres = aire de la forme visuelle des mots : toutes les personnes sachant lire possèdent une seul région de la forme
visuelle des mots dans le lobe temporal gauche. L’imagerie cérébrale révèle une intense activation de l’aire de la forme
visuelle des mots au cours de la lecture, alors qu’il n’y en a pas lorsque les personnes entendent les mêmes mots. Des cas
cliniques montrent les conséquences d’une lésion de cette zone du cortex : plus d’identification des lettres et des mots
alors qu’elle savait lire avant. Mais le langage oral est intact, l’écriture intacte (sans pouvoir lire ce qu’il a écrit). la
reconnaissance des visages et des objets est largement conservée : le patient est «aveugle» uniquement aux lettres et
mots. Plusieurs aires sont impliquées dans le langage dans le lobe temporal et le lobe frontal, connectées les unes au x
autres avec en gros 2 grand s systèmes : le premier intervenant dans la conversion des lettres en sons, le second à analyser
le sens des mots : les aires de ces 2 systèmes ne sont pas spécifiques à la lecture car intervenant en 1er lieu dans le
traitement du langage parlé. L’aire de la forme visuelle, goulot d’étranglement, distribue les informations qu’elle traite sur
les lettres et les mots à de nombreuses aires de l’hémisphère gauche selon 2 grands systèmes fonctionnant en parallèle,
l’un convertissant lettres et mots en sons, l’autre en retrouve le sens. Apprendre à lire revient donc à :
14
- créer une représentation visuelle des mots écrits dans l’aire de la forme visuelle des mots
- mettre en connexion cette aire, voie d’entrée visuelle, avec celles du langage codant pour le son et le sens
Constats : l’universalité des régions impliquées dans la lecture pose le problème de la façon dont notre cerveau acquiert
des circuits spécialisés : puisqu’elle existe chez tous les lecteurs, on pourrait penser à un déterminisme génétique de l’aire
de la reconnaissance des lettres et mots : mais c’est impossible !! En effet, l’écriture et donc la lecture est une invention de
- 5000 ans, alors que les 1ers Homo Sapiens vivaient il y a 200 000 ans environ : des innovations génétiques d’il y a 5000
ans n’ont pu se répandre partout en si peu de temps dans toutes les populations humaines du Globe. L’imagerie cérébrale a
montré que chez les analphabètes l’aire visuelle de reconnaissance des mots n’est pas activée lors de la présentation des
lettre et des mots mais l’est pour la présentation des visages : dans cette région, au cours de l’apprentissage de la lecture,
la «réponse» aux visages diminue à mesure que la compétence de lecture augmente donc au cours d’un apprentissage de
la lecture, il y a une véritable réorganisation de cette zone corticale un recyclage des synapses et des réseaux neuroniques :
les réseaux actifs lors de la représentation des visages deviennent actifs lors de la présentation des mots : c’est un exemple
de plasticité cérébrale montrant l’impact très important de l’éducation sur le cerveau humain : cette réorganisation
cérébrale se produit aussi chez ceux qui apprennent à lire plus tard : même si plus forte durant l’enfance, elle persiste chez
l’adulte. Elle n’intervient pas seulement dans la mise en place de l’aire visuelle des mots : l’existence d’aires cérébrales
impliquées dans la reconnaissance spécifique des objets et en particulier des visages est un héritage de notre histoire
évolutive que nous partageons avec les autres grands Singes : elle est dans notre génome. mais les capacités de
réorganisation de cette aire, ont fait que, chez l’Homme au cortex particulièrement développé les réseaux neuroniques
traitant les caractéristiques des visages se sont spécialisées dans l’analyse des mots : la mémoire génétique a permis une
mémoire individuelle, grâce à la plasticité cérébrale : chaque neurone du cortex établit environ 10 000 connexions
synaptiques avec d'autres neurones. Lors d'un apprentissage, de nouvelles synapses s'établissent entre les neurones du
cortex, d'autres pouvant disparaître : ces modifications des réseaux neuronaux dans le cerveau, c’est cela, la plasticité
cérébrale. L'étude du système visuel est une tâche philosophique car elle impose de chercher comment le cerveau obtient
une connaissance du monde extérieur or ce dernier ne dispose que des stimuli visuels, éléments d'information instables.
Ainsi les longueurs d'ondes réfléchies par les objets changent en fonction de l'éclairement et pourtant le cerveau leur
associe toujours la même couleur, l'image rétinienne de la main d'une personne en mouvement change sans cesse et
pourtant le cerveau reconnait toujours une main, l'image d'un objet varie avec la distance et pourtant le cerveau évalue la
taille réelle de l'objet...Le cerveau parvient aussi à extraire les caractéristiques invariables des objets d'un flot
d'informations diverses qui proviennent de ces objets et changent perpétuellement. L'interprétation est indissociable de la
sensation visuelle. Le cerveau ne se limite pas à l'analyse des images projetées sur la rétine, il construit activement une
représentation du monde visuel. C'est alors que nous avons une PERCEPTION VISUELLE du monde.
➱ texte JP Changeux à distribuer
La mise en place du phénotype fonctionnel du système cérébral impliqué dans la vision repose à la fois sur :
- des structures cérébrales innées (anatomie et histologie du cerveau (fissuration, scissures, circonvolutions, nature et
position des neurones), sous contrôle génétique, issues de l'évolution et communes à tous les individus de l'espèce
- la propriété de neurones à modifier leurs connections synaptiques ce qui entraîne une modification des réseaux
neuronaux tout au long de l'histoire personnelle : c'est la plasticité cérébrale. La plasticité cérébrale est particulièrement
active au cours du développement mais, dans une moindre mesure, elle se poursuit ensuite tout au long de la vie. La
sollicitation répétée des mêmes circuits neuroniques permet notamment la mise en mémoire nécessaire à la
reconnaissance des formes ou d'un mot, l'apprentissage, ainsi que la possibilité de compenser une lésion. Le cerveau est
un système dynamique, en perpétuelle reconfiguration.
Dans le cerveau, le message nerveux visuel parvient tout d'abord au cortex visuel sur le lobe occipital (arrière de tête),
avant d'être interprété grâce à la collaboration entre les fonctions visuelles et la mémoire. La représentation visuelle peut
être perturbée par certaines substances comme le LSD. La vision du monde varie donc en fonction :
- de l’individu : daltonisme, perception de tableaux : si l'organisation du cerveau est commandée par l'information
génétique, la plasticité cérébrale fait du cerveau un système dynamique qui permet en permanence l'apprentissage et la
mise en mémoire : cette variabilité fait que chaque cerveau est unique
- de l’espèce : organisation cérébrale génétique et répartition en cônes et photorécepteurs rétiniens
- de l’âge de la vie ( vieillissement du cristallin - et pourquoi pas faire des recherches sur la vision des bébés)
- La rétine convertit donc le monde du champ visuel perçu à un instant t en un ensemble de signaux électriques transmis
au cerveau. Nos neurones traitent et interprètent ces signaux électriques au niveau d’aires spécialisées visuelles : c’est
ce que nous appelons voir.
http://www.universcience.tv/video-plasticite-du-cerveau-605.html
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http://www.discip.crdp.ac-caen.fr/svt/pages/lycee/premieres/1l/vision/choixVision.htm
http://www.youtube.com/watch?v=uoTrhX71HTw
http://www.youtube.com/watch?v=-zegc9M9AJc
http://www.youtube.com/watch?v=lNYaEIum6nE
http://www.youtube.com/watch?v=L644mr1p75c
principe de l’IRM : http://www.youtube.com/watch?v=9PHUweuoZfI
Ouverture Métiers : opticien, orthoptiste ; ophtalmologue (ouverture sur chirurgie de l’oeil)
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