Représentation visuelle

CHAPITRE 1 :    De l'oeil au cerveau

Gravure sur cuivre de Herisset parue dans le "Traité des sensations et des passions en général et des sens en particulie" de Le Cat, Claude Nicolas (1767)
Vue et lumière. Illustration des théories d'optique. Examen des yeux. Angelot utilisant une longue vue. Expériences de réflexion et réfraction de la lumière

L'idée qui nous est familière selon laquelle les rayons lumineux sont émis par une source extérieure, pénètrent dans l'oeil et entraînent une réponse de la rétine, laquelle chemine jusqu'au cerveau par la voie du nerf optique, a pris de nombreuses années pour être établie.

Dans la Grèce antique, on pense que le "feu visuel" jaillit de l'oeil sous l'effet de la lumière et va au contact des choses pour en éprouver la forme, la couleur ou d'autres propriétés.

C'est avec Ibn Al Haytam (ou Alhazen), opticien persan du Xème siècle, qu'un progrès capital dans la compréhension de la propagation et de la perception du rayonnement lumineux est réalisé. Il propose que les rayons lumineux se propagent de l'objet à l'oeil, ce dernier devenant le recepteur de la lumière. Cependant il commet l'erreur de suggérer que c'est le cristallin (et non la rétine) qui reconstitue l'image point par point, avant son transfert, par le nerf optique, jusqu'au "siège de l'âme".

Finalement c'est l'astronome Johannes Kepler, en 1605 qui attribue à la rétine son rôle dans la perception visuelle. Il propose une théorie mathématique de la chambre obscure qu'il étend à l'oeil. L'oeil est devenu instrument d'optique: les rayons lumineux pénètrent par un petit orifice (la pupille), se projettent sous la forme d'une image inversée sur l'écran (la rétine) où se forme une "peinture bidimensionnelle" de l'objet, que l'observateur peut "voir" directement , comme le représente Descartes (dans sa Dioptrique,1637).

Descartes suggère ( dans son Traité de l'Homme, 1633) une relation entre les signaux lumineux de l'objet et les "replis internes du cerveau" et trace le circuit de l'arc réflexe (incluant une articulation avec "l'âme" au niveau de la glande pinéale) et la propagation "d'esprits animaux" du cerveau aux muscles par l'intermédiaire de "petits tuyaux nerveux". Ce Traité de l'Homme est laissé inachevé par peur de l'Inquisition.

Les premières descriptions de l'anatomie macroscopique du cerveau, des nerfs optiques et de leur chiasma (point de croisement), remontent à la Renaissance, avec le De Humani corporis fabrica de Vésale (1543).

Nicolas Stenon, anatomiste danois, sur la base de dissections précises, réfute l'hypothèse de Descartes sur le rôle de la glande pinéale. Pendant ce temps l'implication du cerveau (l'organe de l'âme) dans le traitement des signaux visuels, se consolide avec Diderot qui énonce :

"Point d'yeux sans cerveau, point de cerveau sans yeux", ou encore "L'oeil est le chien qui nous conduit".

Source : http://acces.inrp.fr/acces/ressources/neurosciences/vision/vision_scientifique/vision_historique

Pb : Comment l'oeil peut-il capter des images et quel rôle joue le cerveau dans la perception visuelle ?

   

I- Anatomie de l'oeil

1- Dissection d'un oeil de Vertébré

TP1 par petits groupes : dissection d'un oeil de poisson et observation sous microscope (+ caméra) du cristallin.

Activité : compléter la coupe sagittale fournie en s'aidant du logiciel "l'oeil et la vision" de Pierre Perez - Lycée de Bagatelle SAINT-GAUDENS.

Document tiré du logiciel : seuls les mots surlignés sont à connaître

Aquarelle réalisée par Goethe d'après les indications données par un daltonien.

C'est en 1797, à la suite de l'étude de Dalton sur sa propre anomalie, que Goethe, célèbre poète, s'est intéressé aux œuvres de peintres daltoniens.

Pb : Pourquoi un daltonien ne perçoit-il pas certaines teintes ? en l’occurrence le bleu dans le tableau de Goethe.

2- Observation d'une coupe de rétine

TP2 : étude de la rétine

Document extrait du manuel de SVT Belin 2011 p26

 

La rétine est une membrane tapissée de cellules nerveuses spécialisées. Il existe deux types de photorécepteurs : les cônes et les bâtonnets.

Les bâtonnets sont des photorécepteurs extrêmement sensibles à la lumière. Très nombreux au niveau de la rétine périphérique, ils permettent de voir dans des conditions d'éclairage faible et assurent ainsi la vision crépusculaire en nuances de gris.

Les cônes sont concentrés dans l'axe de l'oeil. Il en existe trois types différents sensibles à la lumière rouge, à la lumière verte et à la lumière bleue. Les informations recueillies par les trois types de cônes permettent de percevoir les couleurs par synthèse additive. Les cônes assurent donc la vision diurne (vision de jour) en couleurs.

Les photorécepteurs sont capables de convertir la stimulation lumineuse en un message nerveux de nature électrique.

Au niveau de la rétine périphérique, l'information est "compressée" en raison de la convergence des cellules (beaucoup de photorécepteurs connectés à un petit nombre de cellules ganglionnaires). Dans la zone centrale, chaque photorécepteur est connecté à une cellule ganglionnaire : l'acuité est alors maximale.

Remarque : il existe plusieurs formes de daltonisme mais dans le cas le plus courant, les individus ne peuvent pas synthétiser une opsine L fonctionnelle et sont donc dichromatiques. Les rouges leur paraissent sombres et ils distinguent mal le vert, le jaune et le orange.

3- Vision et liens de parenté

Document extrait du manuel de SVT Belin 2011 p39

Tous les Primates possèdent des opsines S (sensible au bleu) très ressemblantes du point de vue de leur séquence en acides aminés. En partant du postulat que plus il y a de ressemblances entre deux séquences et plus l'apparentement est étroit entre les espèces, le plus proche parent de l'Homme serait le Chimpanzé, puis après le Gorille, le Macaque : Nous appartenons bien au groupe des Primates de l'Ancien Monde.

Pb : Nous avons deux yeux et ne voyons qu'une seule image : pourquoi ?

II- De la rétine au cerveau

1- Les champs visuels

TP 3 : les champs visuels

Activité : recherche d'hypothèses sur le trajet des voies nerveuses liées à la rétine puis travail en ligne sur les expériences de section à partir du site http://geobiodidac.free.fr/enseignants/cours%201L/voies%20visuelles/sections%20voies%20nerveuses.htm

Comme pour les autres sens, le croisement des voies nerveuses fait que la moitié droite du champ visuel est analysée par l'hémisphère gauche et inversement, ce qui explique la latéralisation des troubles visuels résultant d'une lésion cérébrale.

 

Pb : comment le message nerveux passe t-il d'un neurone à un autre ? Qu'est ce qu'une synapse ?

2- La transmission du message nerveux

 

Le message nerveux est transmis au cerveau jusqu'au cortex visuel par le nerf optique puis par d'autre voies nerveuses constituées par des chaînes de neurones. La transmission du message nerveux d'un neurone à un autre s'effectue par l'intermédiaire d'une substance chimique, le neurotransmetteur, au niveau d'une synapse.

Pb : Comment s'effectue la perception visuelle au niveau du cerveau ?

III- L'intégration des messages au niveau du cerveau

1- Localisation des aires visuelles par IRM

TP4 : les aires visuelles

2- Des aires visuelles spécialisées

Source : Eduanatomist (banque NeuroPeda)

Le cortex visuel primaire est situé dans la région occipitale du cerveau. Il transmet le message nerveux à des aires cérébrales spécialisées dans la reconnaissance des couleurs, du mouvement et des formes. La perception visuelle est donc le résultat d'une collaboration entre plusieurs régions du cerveau.