Thème 1 : De l`œil au cerveau : quelques aspects

Thème 1 : De l’œil au cerveau : quelques aspects de la vision.
Chapitre 1 : Œil et vision : de la lumière au message nerveux.
1/ L'œil, un système optique associé à une surface photosensible.
1.1/ L'organisation générale de l'œil.
Avant d'atteindre le fond de l'œil, les rayons lumineux traversent un certain nombre de milieux
transparents qui forment un système optique.
1.2/ Le trajet des rayons lumineux dans l'œil normal.
1.3/ Le cristallin.
Le cristallin est une lentille.
C'est une lentille car c'est un élément transparent dont au moins une des faces n'est pas plane et
qui dévie les rayons lumineux. C'est la définition de la lentille.
Le cristallin est une lentille vivante.
Le cristallin est l’un des systèmes transparents de l’œil humain. Il est composé de cellules
particulières appelées fibres. Ces fibres ont une structure et une disposition particulières.
Le cristallin Section hexagonale des fibres
La disposition : les fibres sont disposées en couches concentriques superposées.
La structure : en section transversale chaque fibre est hexagonale.
Tout au long de la vie de l'individu les cellules cristallines ou fibres, ne sont jamais remplacées
mais de nouvelles cellules se forment et s'ajoutent en périphérie du cristallin essentiellement avant
l'âge de 20 ans. En revanche si elles ne se multiplient pas, les fibres renouvellent en permanence
leur contenu.
Afin d'assurer la transparence du cristallin :
Ligaments et muscles ciliaires
La vision d'un objet n'est nette que si les rayons
lumineux sont correctement déviés et que l'image
de l'objet se forme correctement sur la rétine.
Le système optique de l'œil est constitué du
cristallin et de deux chambres. Cristallin et
chambre sont des milieux transparents permettant
le passage des rayons lumineux :
- la chambre antérieure contenant l'humeur
aqueuse, recouverte par la cornée,
- la chambre postérieure contenant l'humeur vitrée
recouvrant la rétine dans le fond de l'œil,
- le cristallin sépare les deux chambres.
La surface photosensible est la rétine.

- le cytoplasme de ces cellules est homogène et ne contient pas d'organites et souvent pas de
noyau. C'est une solution de protéines particulières très solubles dans l'eau, les cristallines. Seules
les cellules périphériques possèdent un noyau.
- le cristallin n'est pas vascularisé (pas de vaisseaux sanguins), les nutriments cellulaires sont
apportés par l'humeur aqueuse (chambre antérieure)?
Le cristallin est une lentille biconvexe.
Le cristallin est une lentille à vergence variable.
Le cristallin permet, en situation normale (en l'absence de pathologie), la formation d'une image
nette sur la rétine que l'objet regardé soit éloigné ou proche. Ceci dans certaines limites.
L'accommodation est la déformation du cristallin permettant la formation d'images nettes sur la
rétine lorsque l'objet est rapproché. Cette accommodation est permise grâce aux déformations du
cristallin sous l'action des muscles ciliaires ancrés sur le cristallin. C'est par ce processus
d'accommodation que le cristallin peut être considéré comme une lentille à vergence variable.
- Lorsque l'objet observé est éloigné, les muscles sont relâchés et le cristallin n'est pas déformé. Il
n'y a pas accommodation.
- Lorsque l'objet observé est proche, les muscles sont plus ou moins contractés et le cristallin
davantage bombé, sa vergence augmente. C'est l'accommodation.
Quelques anomalies du cristallin.
Des anomalies du cristallin expliquent certains défauts de vision. Elles sont généralement liées à
des défauts de sa transparence et/ou de sa souplesse qui interviennent souvent avec l'âge.
Certaines anomalies sont liées à l'alimentation.
Myopie : incapacité à voir nettement des objets éloignés.
L'œil myope peut être un œil trop long ou un œil dont le cristallin
est trop convergent (trop bombé, trop convexe). L'image d'un objet
lointain se forme en avant de la rétine. Pour corriger l'œil myope
on utilise des lentilles correctrices concaves, on peut aussi réaliser
une opération au laser permettant de modifier la forme du
cristallin.

Presbytie : incapacité à voir de près. L'œil presbyte est un œil qui a perdu sa capacité
d'accommodation en lien avec l'âge. Elle est liée à la perte d’élasticité du cristallin (de ses
cellules), dont la capacité à se déformer et permettre aux objets ou textes observés de près de
former une image nette sur la rétine diminue au fil du temps. L'image se forme en arrière de la
rétine.
Cataracte : opacification partielle ou totale du cristallin se manifestant par une baisse progressive
de la vue et une gêne à la lumière.
L'opacification du cristallin peut avoir plusieurs origines.
- La transparence du cristallin normal est permise notamment par l'absence de vascularisation, et
l'absence d'espaces entre les fibres (cellules cristallines). Les nutriments sont apportés à ces
cellules non par les vaisseaux sanguins mais proviennent de l'humeur aqueuse et de l'humeur
vitrée. Ils sont acheminés de cellules cristallines en cellules cristallines grâce à un système
complexe de canaux dans les parois des cellules cristallines permettant le passage de l'eau et des
nutriments. En cas de cataracte, des anomalies de ce système provoquent l'accumulation d'eau
entre les fibres entrainant une opacification du cristallin et donc la cataracte.
- la transparence du cristallin peut aussi être altérée par la précipitation des protéines
cytoplasmiques, les cristallines.
Lien avec la physique : optique géométrique, fonctionnement optique de l’œil.
1.4 La rétine.
Les images se forment sur la rétine qui réalise la conversion du stimulus lumineux en message
nerveux envoyé au cerveau. On dit que la rétine est une surface photosensible.
La composition de la rétine.
Les pigments rétiniens.
Hypermétropie : incapacité à voir nettement des objets de près. L'œil
hypermétrope peut être un œil trop court ou un œil dont le cristallin
n'est pas assez convergent. L'image se forme en arrière de la rétine.
La rétine est formée de trois couches de cellules
nerveuses.
- en partant de l’humeur vitrée, on a d’abord les
neurones ganglionnaires,
- puis les neurones bipolaires,
- enfin en contact avec la choroïde, les cellules
photo réceptrices. Il existe deux types de cellules
photo réceptrices différentes anatomiquement.
Les bâtonnets et les cônes qui ont pour fonction de
convertir l'énergie lumineuse en signaux
électriques reconnus par le système nerveux. Pour
cette raison les cônes et bâtonnets sont appelées
cellules photo réceptrices ou photorécepteurs.

On distingue chez l'homme quatre types de cellules photo réceptrices qui se distinguent par leur
pigment rétinien ou photorécepteurs. Chaque type de cellules photo réceptrices ne synthétise
qu'un seul pigment :
- Trois de type cônes dont les pigments sont les opsines. Ces opsines sont sensibles aux couleurs
mais peu sensibles à l'intensité lumineuse (seuil élevé). Ils permettent la vision de jour = diurne et
en couleurs.
- cônes S qui absorbent essentiellement les longueurs d'onde bleues,
- cônes M qui absorbent essentiellement les longueurs d'onde vertes,
- cônes L qui absorbent essentiellement les longueurs d'ondes rouges,
Les spectres d'absorption de ces trois cônes se chevauchent. Grace aux trois types de cônes, le
système visuel humain, à partir de la combinaison de ces trois couleurs, peut reconstituer toutes
les couleurs du spectre. On dit que l'homme est tri chromate.
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.
- Un type de bâtonnet dont le pigment est la rhodopsine. Les bâtonnets sont beaucoup plus
sensibles à la lumière que les cônes. Ils ont un seuil de sensibilité à la lumière plus bas. C'est-à-
dire qu'ils peuvent détecter une lumière de faible intensité. Ils permettent une vision sous faible
éclairement mais en nuances de gris. Par ailleurs la rhodopsine ne se régénère que sous faible
éclairement si bien que si une lumière intense persiste, les bâtonnets sont saturés, la rhodopsine
reste activée et
Les pigments rétiniens sont tous composés de deux parties :
- une partie non protéique le rétinol qui est identique quel que soit le pigment,
- une partie protéique, l'opsine qui diffère selon le pigment.
La répartition des différents types de photorécepteurs sur la surface de la rétine.
On distingue la rétine centrale ou macula située dans l'axe optique de l'œil et la rétine périphérique.
- La fovéa (fovéa = une région spécialisée du centre de la rétine centrale ou macula, située dans
le prolongement de l'axe optique de l'œil) contient uniquement des cônes dont la densité diminue
très rapidement au-delà au profit des bâtonnets. Cette zone permet la vision des couleurs le jour.
- Les bâtonnets sont répartis sur la rétine périphérique qui est spécialisée dans la vision en niveaux
de gris sous faible éclairement.
L’acuité visuelle ou vision des détails correspond au degré de finesse avec lequel on perçoit les
détails d’un objet. Cette acuité est maximale à la fovéa (ou tache jaune) et elle diminue quand on
s’en éloigne. Ce sont la répartition des cônes et des bâtonnets et les connexions entre neurones
qui expliquent cette variation de l’acuité visuelle. En effet, à la fovéa un cône est relié à une fibre
nerveuse. Quand on s’éloigne de la fovéa, plusieurs cellules visuelles sont reliées à une fibre
nerveuse. À la fovéa, l’image est donc décomposée en éléments plus petits que dans la zone extra
fovéale : elle est donc analysée de manière plus précise.
Il existe alors une vision centrale où l’image se forme sur la tache jaune ou fovéa (zone des cônes)
et une vision périphérique où l’image se forme sur la rétine extra fovéale (zone des bâtonnets).

Le point aveugle : 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.
Les opsines et les anomalies de la vision.
Les opsines sont des protéines, elles sont donc codées par les gènes. Nous savons que toutes
les cellules d'un même organisme possèdent toutes les chromosomes et donc les mêmes gènes.
Ainsi les différents types de cellules photo réceptrices possèdent les mêmes gènes. Elles
possèdent donc toutes, les gènes permettant de coder pour les opsines des différents pigments.
Mais les différents types de cellules photo réceptrices n'expriment chacune qu'un gène d'opsine.
Alors que l'homme est tri chromate, dans certaines pathologies, il est dichromate. L'altération peut
porter sur la perception du rouge (protanopie), du vert (deutéranopie), du bleu (tritanopie).
L'homme peut aussi présenter des défauts de perception des trois couleurs dans ce cas il est dit
achromate.
La déficience des photorécepteurs peut avoir d’autres origines que la synthèse d'opsine déficientes
ou l'absence de synthèse d'opsine:
- déficience des photorécepteurs liée à l'âge, comme dans la dégénérescence maculaire (DMLA)
due à une défaillance des cônes et qui entraîne une perte de la vision centrale ;
- déficience des photorécepteurs liée à l'alimentation, comme dans l'héméralopie, qui est une
défaillance en vitamine A qui entraîne une perte de la vision nocturne
Localisation des gènes sur les chromosomes
Les opsines : une famille multigénique.
En observant les pourcentages de similitude (ou nombre de différences) on peut retracer "l'histoire
de la famille multigénique". En effet plus le pourcentage de similitude (plus le nombre de différence
est faible) plus récente est la parenté est proche.
Duplication : apparition sur le même
chromosome de deux copies identiques d'un
même gène.
Transposition : déplacement d'un gène sur un
autre chromosome.
Mutation : modification aléatoire de la
séquence nucléotidique d'un gène.
Famille multigénique : ensemble de gènes qui
dérivent d'un même gène ancestral.
Des gènes qui présentent des séquences
nucléotidiques proches dérivent d'un même
gène ancestral qui s'est dupliqué et a muté et
éventuellement s'est transposé.