I-3. LES PARAMETRES DE LA STIMULATION VISUELLE Florence Rigaudière Jean-François Le Gargasson

Œil et Physiologie de la Vision - I-3
I-3. LES PARAMETRES DE LA STIMULATION VISUELLE
Florence Rigaudière
Jean-François Le Gargasson
Yvon Grall
Pour citer ce document
Florence Rigaudière, Jean-François Le Gargasson et Yvon Grall, «I-3 : LES PARAMETRES
DE LA STIMULATION VISUELLE», Oeil et physiologie de la vision [En ligne], I-La
stimulation visuelle, mis à jour le 18/06/2013, URL :
http://lodel.irevues.inist.fr/oeiletphysiologiedelavision/index.php?id=152,
doi:10.4267/oeiletphysiologiedelavision.152
Plan
LES FACTEURS TEMPORELS
Variation brève d'un paramètre de la stimulation
Flashs et structures alternantes
Stimulations flashs
Stimulations structurées
Fréquences temporelles
Stimulations flashs : fréquences temporelles
Stimulations structurées : fréquence d’alternance et fréquence temporelle
LES FACTEURS ENERGETIQUES
Niveau lumineux de la stimulation
Stimulation flash
Damier alternant
Damier onset-offset
Organisation spatio-temporelle de la luminance des damiers
Niveau lumineux de l’ambiance
Ambiance photopique
Ambiance scotopique
LES FACTEURS SPATIAUX
Surfaces stimulantes
Stimulations flashs
Stimulations structurées
Contrastes lumineux
LES FACTEURS SPECTRAUX
Les stimulations flashs
Flashs achromatiques
Flashs chromatiques
Stimulations structurées
Composition spectrale des ambiances
CONCLUSION
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Œil et Physiologie de la Vision - I-3
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Œil et Physiologie de la Vision - I-3
Texte intégral
Seuls les principaux paramètres de la stimulation visuelle mis en oeuvre pour
l’exploration fonctionnelle sont décrits ici regroupés autour de quatre facteurs :
temporels, énergétiques, spatiaux et spectraux. En tenant compte des contraintes du
système visuel et combinés de façons judicieuses, ils activent de façon prépondérante
telle ou telle partie de la chaîne visuelle. Les signaux alors émis et recueillis loin des
sources génératrices peuvent correspondre à la réponse spécifique de la partie ciblée de
la chaîne visuelle, après traitements adaptés du signal.
LES FACTEURS TEMPORELS
Ce sont les incontournables de l’exploration de la fonction visuelle. Seules des
stimulations présentant des variations brèves dans le temps d’un de leurs paramètres,
sont susceptibles d’induire des modifications d’activité synchrones de groupes cellulaires,
détectables et enregistrables loin des sources génératrices.
Variation brève d'un paramètre de la stimulation
Cette variation brève permet la synchronisation des variations de polarisations cellulaires
ou des modulations de fréquences temporelles des potentiels d'action d'un nombre
suffisant de cellules. Emises de façon synchrone, ces variations deviennent discernables
du bruit de fond (électrorétinographique ou électro-encéphalographique) et permettent
l’apparition d’une réponse après traitement de signaux recueillis loin des sources
génératrices.
Cette réponse n'est en aucun cas le reflet de l'activité continue du système testé, mais
bien celle liée à sa modification d’activité grâce à la variation brève du paramètre choisi
de la stimulation. Ainsi une absence de réponse électrophysiologique ne signifie-t-elle pas
nécessairement que le message ne parvient pas ou n’est pas traité au niveau visuel
testé, mais peut signifier que le nombre de cellules dont l'activité est synchronisée est
insuffisant pour entraîner une réponse discernable du bruit de fond.
Flashs et structures alternantes
Les stimulations flashs et structurées sont les deux stimulations classiquement utilisées
en exploration de la fonction visuelle. Elles présentent toutes deux une variation brève
d'un de leurs paramètres.
Stimulations flashs
La stimulation flash correspond à une énergie lumineuse délivrée durant un temps bref
de quelques millisecondes voire de quelques microsecondes, provenant d’une source
primaire ou projetée sur une surface totalement réfléchissante devenant alors une source
secondaire.
Cette énergie lumineuse est mesurée en candela par mètre carré pour une seconde
(cd.m-2.s), ce qui représente la luminance visuelle de la stimulation si elle était délivrée
durant une seconde (ou 1000 ms). La valeur de la luminance visuelle de la stimulation
flash de référence préconisée par la communauté internationale des électrophysiologistes
-International Society for Clinical Electrophysiology of Vision- (ISCEV :
http://www/iscev.org) doit se situer entre 1,5 et 3 cd.m-2.s [Brigell et al., 2003],
[Marmor et al., 2004b].
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Exemple. Un flash de 3 cd.m-2.s, s’il dure 5 ms, a une luminance visuelle L1 : L1x5=3x1000 soit L1=600 cd.m-2 ;
s’il dure 10 ms, sa luminance visuelle L2 est : L2x10=3x1000 soit L2=300 cd.m-2.
Les stimulations flashs actuellement utilisées en exploration visuelle sont générées par
des diodes. L'énergie maximale est émise et cesse pratiquement instantanément, la
durée du flash étant de quelques millisecondes (figure I-3-1). Elles sont mises en œuvre
pour générer l’ERG flash et les PEV flash.
Stimulations structurées
Une stimulation structurée n’est autre que l’organisation de la luminance de stimulation
et de ses variations, dans l’espace et dans le temps.
En damier
C’est la stimulation la plus couramment utilisée en exploration de la fonction visuelle. A
l’intérieur de cette surface dite damier, deux cases sont juxtaposées régulièrement et
alternativement avec des luminances visuelles différentes, l’une maximale dite Lmax et
l’autre minimale dite Lmin avec Lmax>Lmin. Le damier est vu sous un angle d’environ 15
degrés.
Bien que parfaitement perçu ce damier n'est pas capable d’évoquer un signal suffisant
pour générer une réponse discernable loin des sources génératrices. Pour ce faire, il faut
introduire une variation brève d'un de ses paramètres pour synchroniser un nombre
important de réponses cellulaires, qui sont alors enregistrables à distance de leur origine.
Le damier alternant avec lui-même
La variation brève peut être réalisée par la variation rapide de la luminance de deux
cases juxtaposées A et B. La luminance maximale Lmax de la case A prend une valeur
minimale Lmin quand, conjointement, la luminance minimale Lmin de la case B qui lui est
juxtaposée, prend la valeur maximale Lmax ; ces variations donnent l’impression que les
cases du damier « alternent », d’où la dénomination de « damier alternant avec lui-
même » qui, dans la pratique, est dit damier alternant (figure I-3-2 – figure I-3-2
animée).
Cette stimulation est utilisée pour générer les réponses rétiniennes maculaires : c’est
l’ERG pattern ou P-ERG, ainsi que les réponses maculaires amplifiées et associées aux
modes de conduction le long des voies visuelles : c’est le potentiel visuel évoqué par un
damier alternant dit PEV damier.
Le damier alternant avec un champ lumineux homogène
La variation brève de la stimulation structurée peut être réalisée par disparition de
l'organisation spatiale de la luminance visuelle au profit d’un champ lumineux homogène,
donc non structuré.
La luminance visuelle du champ lumineux homogène est en pratique égale à la luminance
visuelle moyenne des cases soit (Lmax+Lmin)/2. Le damier est dit alternant avec un champ
lumineux homogène ou, selon les conventions habituelles, damier onset-offset ; la phase
onset correspond à la présence du damier et la phase offset à celle du champ lumineux
homogène (figure I-3-3 – figure I-3-3 animée, figure I-3-4).
Cette stimulation est mise en œuvre pour évoquer des potentiels visuels dit PEV onset-
offset.
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En hexagones
La surface stimulante est centrée sur la zone fovéale et vue sous un angle de 40 à 50
degrés. Selon les protocoles, elle peut être divisée en 61 hexagones (figure I-3-5 –
figure I-3-5 animée) ou 103 ou plus, disposés en anneaux autour d’un hexagone
central, la taille de chacun augmentant avec l’excentricité. Chaque hexagone prend
successivement et de façon aléatoire dans le temps, une luminance maximale puis nulle,
donnant l’impression d’un scintillement.
Cette stimulation est utilisée pour générer des réponses rétiniennes de zones réparties
sur tout le pôle postérieur (40 à 50 degrés centraux) ; l’ensemble des réponses est à la
base de l’ERG multifocal.
Fréquences temporelles
Après une variation brève d'un des paramètres de la stimulation, les signaux émis par le
ou les groupes cellulaires testés sont d'amplitudes trop faibles pour émerger de l'activité
physiologique environnante considérée comme un « bruit de fond » par rapport à ce
signal.
Pour que ce signal soit discernable, il faut procéder à son « amplification » par rapport au
bruit de fond. Les techniques classiques de traitement du signal nous enseignent qu’il est
possible d’avoir une amélioration du rapport signal sur bruit de fond par sommation-
moyennage. En répétant par exemple la stimulation n fois puis en effectuant une
sommation-moyennage des signaux successivement recueillis, on obtient une
amélioration du signal par rapport au bruit de fond, proportionnelle à la racine carrée du
nombre de sommations soit n permettant l’apparition d’une réponse, alors discernable
du bruit de fond.
La répétition dans le temps de la variation brève d’un paramètre de la stimulation peut se
faire à des fréquences temporelles différentes qui mettent en activité des circuits
neuroniques différents. Différentes définitions sont à préciser.
Stimulations flashs : fréquences temporelles
La stimulation flash peut être répétée de façon périodique au bout d’une durée identique
à elle-même ; cette durée est la période, elle s’exprime en seconde (figure I-3-1).
Le nombre de répétitions de la stimulation par seconde correspond à l’inverse de la
période, c’est la fréquence temporelle. Elle s'exprime en hertz (Hz), unité homogène à
l’inverse d’une seconde.
Fréquences temporelles pour les ERG flash
Pour les ERG flash, les fréquences temporelles habituellement utilisées sont 0,75 Hz (une
stimulation toutes les 1,3 seconde), 0,5 Hz (une stimulation toutes les 2 secondes), 0,1
Hz (une stimulation toutes les 10 secondes), 2 Hz (un stimulation toutes 500 ms) à 30
Hz (une stimulation toutes les 33 ms) selon la séquence choisie de l’ERG flash.
Fréquences temporelles pour les PEV flash
Les fréquences temporelles sont comprises soit entre 1 et 2 Hz générant des PEV flash
transitoires, soit entre 8 et 12 Hz, générant des PEV flash stationnaires.
Stimulations structurées : fréquence d’alternance et fréquence
temporelle
La répétition de la variation brève du paramètre stimulant obéit à plusieurs définitions.
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