Thème 3C : de l`œil au cerveau : quelques aspects de la

PARTIE 1.1 CORPS HUMAIN ET SANTE
Type
d’activité
démarche
évaluation
s
Classe
classe
Introduction :
Power point montrant différentes illusions d’optique + certaines maladies +
vision d’autres animaux.
:
Certaines images sont perçues différemment de ce qu’elles sont réellement (illusions
d’optique).
D’autres images peuvent être perçues différemment selon les individus et même les espèces
(par ex, couleur dans le cas du daltonisme).
Chacun a sa perception visuelle du monde.
La vision constitue l’un de nos sens nous permettant d’appréhender notre environnement.
En résumé, nous n’avons pas tous la même représentation visuelle du monde qui
nous entoure.
Problématique : Comment expliquer cette diversité de perceptions visuelles de
notre environnement ?
Pourquoi existe-t-il différentes perceptions visuelles d’un même
environnement ?
Hypothèse 1 : Ces différences de perception visuelle sont dues à des différences de
fonctionnement au niveau de l’œil
Hypothèse 2 : Ces différences de perception visuelle sont dues à une mauvaise
connexion entre l’œil et le cerveau.
Hypothèse 3 : Ces différences de perception visuelle sont dues à des différences de
fonctionnement au niveau du cerveau.
Pour vérifier ces hypothèses, il est nécessaire de :
Voir la structure et le fonctionnement de l’œil de ces personnes atteintes
d’un trouble de la vision et de les comparer à ceux d’une personne normale.
Voir la transmission du message nerveux de l’œil au cerveau et le
fonctionnement du cerveau des personnes malades et les comparer à ceux d’une
personne normale. (par IRM, scanner…)
Thème 3C : de l’œil au cerveau : quelques
aspects de la vision
Chapitre 1
Le rôle de l’œil dans la vision et l’appréhension de
notre environnement
A/ Le fonctionnement d’un œil et les troubles associés
matériel
principe
compétences
Nécessaire de
dissection de l’œil
Vidéo dissection
de l’œil
Fiche technique +
vidéo sur le fond
d’œil
Pour essayer de comprendre comment
l’œil permet d’appréhender notre
environnement. Les élèves forment des
équipes de 2 à 4 élèves et choisissent
d’étudier une maladie portant sur le
mauvais fonctionnement de l’œil. Les
Connaissances : étapes
de la démarche
scientifique
Capacités :
S’informer : trouver des
informations dans un
par
binôme
individuel
le pour le
bilan
°
évaluation
Diagnostiq
ue :

classe
Binôme
puis par
groupe
Présentati
on du
bilan de
chaque
groupe à
la classe
individuel
Vidéoprojecteur +
présentation de
chaque maladie
Transparent
schéma bilan de
l’oeil
documents d’appel sont donc différents
suivant le groupe.
Chaque groupe d’élève mène une
démarche pour essayer de trouver la
partie de l’œil entrainant l’apparition de
la maladie et en déduit le rôle de cette
partie de l’œil.
Le compte rendu sera imposé (début
d’année) avec des photos annotées par
informatique
Chaque groupe passe ensuite au tableau
et explique ce qu’il a découvert sur l’œil
grâce à un diaporama préconstruit sur
l’œil.
Un schéma bilan avec toutes les parties
de l’œil et leur rôle de la vision est
construit en fin de séance à l‘aide de
tous les groupes.
document et les mettre
en relation
Réaliser : suivre un
protocole de dissection
Raisonner : analyser et
interpréter des résultats
Communiquer :
s’exprimer à l’oral
Attitudes :
Etre autonome dans son
travail
Savoir travailler en
équipe
Avoir un comportement
responsable
Documents d’appel :
la cataracte, la rétinite pigmentaire, la DLMA, la névrite optique, la myopie et
la presbytie
Voir fiche : démarche attendue des élèves
CHECK LIST
.Dissection de l’œil normal + vidéo+ fiche technique
Fiche informative sur les différentes parties de l’œil
Maquette de l’œil
Fiche technique sur le fond d’œil
Dossier de chaque maladie informatique + papier
Fiche technique : prendre et annoter des photos par informatique (open office)
Compte rendu informatique : présentation d’une photo annotée de la dissection +
conclusion
Présentation vidéoprojetée de chaque maladie
Transparent : schéma bilan de l’œil à compléter + document bilan élève
BILAN :
La structure interne de l’œil est vue à travers l’étude des causes des différentes maladies.
La cataracte est due à une perte de transparence du cristallin au cours du temps.
Le cristallin permet de faire entrer les rayons lumineux dans l’œil (et de les centrer sur la
rétine)
le cristallin est constitué de cellules vivantes lui conférant sa transparence. Avec l’âge sa
transparence peut diminuer car :
le nombre d’aquaporines entre les cellules diminue ce qui entraine la libération d’eau entre
les cellules.
Les cristallines situées à l’intérieur des cellules du cristallin peuvent se modifier avec l’âge
et perdre leur transparence.
La lumière pénètre dans l’œil car une partie de sa structure est transparente.
Les rayons lumineux traversent :
1/ la cornée qui à l’extérieur est protégée par la conjonctive ;
2/ l’humeur aqueuse et vont passer au travers de la pupille. C’est l’iris qui règle l’entrée de
la lumière dans le globe oculaire en faisant varier son diamètre.
3/ le cristallin qui est en général parfaitement transparent. Ce cristallin est formé de couches
de cellules allongées en rubans incurvés. Le muscle ciliaire permet en se contractant de
modifier la forme du cristallin ce qui permet d’ajuster la netteté des images. Le cristallin
est comparable à une loupe (lentille convergente : cf cours de Physique)
4/le corps vitré qui permet de maintenir une pression constante dans l’œil ce qui maintient
Formative
:
Observer
au
microscope
Transférer
et annoter
une photo
de lame sur
informatiq
ue

individuel
la rétine en place sur la choroïde.
5/ Les rayons terminent leur course au niveau de la rétine= écran recevant l’information
lumineuse
6/ Les informations recueillies par la rétine sont transmises au cerveau par le nerf optique.
Le point aveugle correspond au lieu d’insertion du nerf optique sur la rétine.
Milieux transparents
lentille
écran
cornée
humeur acqueuse
humeur vitrée
cristallin
cristallin
rétine
Schéma bilan à compléter pour y placer les différentes parties de l’œil +
fonction partielle du cristallin
Bilan accompagné de biologie en flash avec descriptif de l’œil (ORAL) + logiciel
1/ le cristallin
Le cristallin permet de faire entrer les rayons lumineux dans l’œil (et de les centrer sur la rétine)
le cristallin est constitué de cellules vivantes lui conférant sa transparence.
La cataracte est due à une perte de transparence du cristallin au cours du temps Avec l’âge sa
transparence peut diminuer car :
Le contenue des cellules n’est plus renouvelé correctement.
Les cristallines situées à l’intérieur des cellules du cristallin peuvent se modifier avec l’âge et perdre
leur transparence
Le cristallin peut aussi perdre sa souplesse avec l’âge : presbytie
NOTION : Le cristallin est l’un des systèmes transparents de l’œil 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.
Retour sur deux maladies étudiées : la DLMA et la rétinite pigmentaire :
Certaines parties de la rétine servent à voir les couleurs (macula), d’autres à voir
dans l’obscurité (périphérie de la rétine). La rétine endommagée ne peut plus
transmettre les informations au cerveau.
Comment expliquer ces différences de vision suivant la zone où l’on se situe
dans la rétine ?
idée : il doit exister dans la rétine des structures différentes permettant de voir
dans le noir (à la périphérie) et les couleurs à la lumière (macula)
Pour le vérifier, il faut observer la rétine au microscope
B/ Le fonctionnement de la rétine
1/ La rétine, une structure complexe
Observation microscopique d’une CT de rétine
Microscope virtuel + fiche méthode en complément :
http://virtualslides.med.umich.edu/Histology/Central%20Nervous%20System/EYE-
1_HISTO_20X.svs/view.apml?cwidth=784&cheight=1027&chost=virtualslides.med.umich.edu&csis=1&X=0&Y=0&zoom=
1.26699834162521&listview=1
Photos de microscopie électronique.
Voir fiche 3 résultats jointe
BILAN
La rétine est constituée de différentes couches de cellules. Les photorécepteurs sont
des cellules capables de transformer les signaux lumineux reçus en message
nerveux. Ce message nerveux va ensuite se propager le long du nerf optique. Il
existe deux types de photorécepteurs : les cônes et les bâtonnets
Formative
: raisonner
Ra3 et 4

Classe
puis petits
groupes
Division
de la
classe en
deux pour
étudier
deux
aires
visuelles
Etude par
binôme
puis mise
en
commun
avec
compléme
nts
Ces cônes et bâtonnets n’ont pas la même forme ni la même fonction.
Les cônes s’activent à la lumière : ils servent donc à la vision diurne et des couleurs.
Ils se situent dans la rétine centrale ou fovéa.
Les bâtonnets s’activent à l’obscurité : ils servent donc à la vision nocturne ; cette
vision est noire et blanc car les bâtonnets ne permettent pas de distinguer les
couleurs.
Document d’appel sur le daltonisme (rétroprojecteur)
Comment expliquer la vision des couleurs différente chez les daltoniens ?
2/ la vision des couleurs
Hyp : il existe trois types de cônes. Ces cônes permettent peut être de voir une
couleur. Peut-être que les daltoniens ont certains types de cônes défectueux et ne
peuvent donc pas voir certaines couleurs
Exercice : LE DALTONISME : étude de documents + logiciel « cones-vision »
BILAN :
Il existe 3 types de cônes permettant chacun de voir des couleurs : le cône S pour le
bleu/ violet, le cône M pour le vert et le cône L pour le rouge. Chez un daltonien,
certains types de cônes ne fonctionnent pas.
Pourquoi certains cônes ne fonctionnent –ils pas bien chez un daltonien ?
Etude de documents pour formuler une hypothèse
A l’intérieur des cônes et des bâtonnets, il y a des pigments rétiniens :
 Des opsines dans les cônes s’activant avec une forte luminosité. Il y a 3
types d’opsines s’activant chacune pour une longueur d’onde précise
L'opsine S permet l'absorption dans le bleu (maximum d'absorption à 420 nm),
l'opsine M permet l'absorption dans le vert (maximum d'absorption à 530 nm) et
l'opsine L permet l'absorption dans le rouge (maximum d'absorption à 560 nm). On
qualifie donc les cônes de S, M et L (ou bleu, vert et rouge) selon l'opsine qu'ils
contiennent.
 La rhodopsine dans les bâtonnets s’activant avec une faible luminosité et
non sensible aux couleurs.
Hyp : une des opsines d’un individu daltonien ne fonctionne pas bien.
Pour le vérifier, il faut comparer un opsine normale à une opsine d’un individu
daltonien.
Utilisation d’anagène (daltonisme.edi)
Une des gènes codant pour un type d’opsine présente une mutation par rapport au
gène normal chez un individu daltonien
Révision cours de seconde sur ADN, gène, allèle et mutation
Schéma bilan sur l’origine du daltonisme (voir feuille jointe)
BILAN :
Le daltonisme a donc pour origine la mutation d’un gène codant pour un type
d’opsine. Cela entraine la formation d’une opsine anormale et donc l’incapacité
pour certains cônes de fonctionner correctement.
NOTION : La rétine est une structure complexe qui comprend les récepteurs
sensoriels de la vision appelés photorécepteurs. Celle de l’Homme contient les
cônes permettant la vision des couleurs (3 types de cônes respectivement

Exercice
maison
individuel
Individuel
puis mise
en
commun
sensibles au bleu, au vert et au rouge) et les bâtonnets sensibles à l’intensité
lumineuse.
Des anomalies des pigments rétiniens se traduisent par des perturbations de la
vision des couleurs.
Document d’appel : images montrant les différences de vision entre certains
mammifères, notamment des primates
+ tableau des opsines présentes pour chaque espèce
Le Chimpanzé possède 3 types de pigments (opsines S (bleue), M (verte) et L
(rouge)) au niveau de ses cônes : il voit donc le monde en 3 couleurs (tri chromate).
Le Saïmiri ne possède que 2 types de pigments (opsines S (bleue), M/L (jaune)) au
niveau de ses cônes : il voit donc le monde en 2 couleurs (dichromate).
Constat :
le Chimpanzé et le Saïmiri n’ont pas la même perception colorée du monde.
Certaines espèces ont une vision dichromatique du monde avec seulement 2 opsines dans
leur rétine donc 2 gènes différents codant 2 opsines
Certaines espèces ont une vision trichromatique du monde avec seulement 3 opsines dans
leur rétine donc 3 gènes différents codant 3 opsines
Comment expliquer cette différence de perception des couleurs entre espèces?
Pourquoi différentes espèces ne perçoivent –elles de la même manière les couleurs ?
C/ Origine des différences de perception des couleurs entre
espèces
Hypothèse : Au cours de l’évolution un nouveau gène est apparu et a permis d’avoir
un nouveau pigment permettant de mieux voir les couleurs.
Document informatif pour aider à préciser l’hypothèse
Localisation chromosomique des
gènes des pigments des cônes
chez des individus pris au hasard
dans la population humaine.
- B = gène du pigment
bleu
- V = gène du pigment
vert
- R = gène du pigment
rouge
Certains individus peuvent posséder deux fois le gène V codant pour le
pigment vert
Rappel : les pigments sont des protéines. L’information codant pour un pigment est
porté par un gène (= par une séquence de nucléotides : ATGC).
Précision del’hypothèse : un nouveau pigment a pu apparaitre suite à la copie
d’un gène. Ce gène « copie » a ensuite subi des mutations pour donner
naissance à un nouveau pigment, différent du pigment d’origine.
Conséquence testable : les deux gènes copie et original doivent donc se ressembler
beaucoup puisque le nouveau gène copie est apparu récemment.
Il est donc nécessaire de comparer les séquences en nucléotides des gènes des
différentes opsines pour repérer d’éventuelles mutations.
Comparaison des différentes opsines de l’homme sur anagène (opsine.edi)
Matrice de comparaison des différents gènes des pigments
rétiniens
Arbre montrant le
mécanisme d’apparition
des opsines au cours de
l’évolution
Chaque nœud de cet arbre
correspond à une duplication
génique, suivie d'une évolution
indépendante des deux