Vision 4BIOS03 2014/15

Qu'est-ce que la vision ?

La vision dans le règne animal regroupe une grande diversité de détecteurs de lumière, allant de simples amas de cellules qui ne captent que la direction et l'intensité de la lumière aux organes complexent qui produisent des images. Malgré cette diversité, on retrouve une structure similaire partout  : des photorécepteurs contenant des molécules de pigments semblables qui absorbent les ondes lumineuses.
La vision humaine est la perception de rayonnements lumineux émis par l'environnement, on parle aussi d’interprétation cognitive du sens de la vue. Cette vision recouvre l'ensemble des mécanismes physiologiques et psychologiques par lesquels la lumière émise ou réfléchie par l'environnement détermine les détails des représentations comme les formes, les couleurs, les textures, le mouvement, la distance et le relief. Chez l'homme, comme chez beaucoup d'autres espèces animales, ces mécanismes font intervenir l'organe récepteur de la vue, que l'on appelle l’œil, mais aussi des processus cognitifs (traitement des informations grâce aux réseaux de neurones) complexes mis en œuvre par les zones spécialisées du cerveau.

Quels organes participent au fonctionnement de la vision ?

L'organe principal de la vision est l’œil. Sa fonction est de recevoir et de transformer les vibrations électromagnétiques de la lumière en influx nerveux, lesquels sont ensuite transmis au cerveau. L'œil fonctionne en quelque sorte comme un appareil photographique.

Quelles sont les structures principales impliquées dans la vision ?

La rétine

La rétine est la membrane qui tapisse la face interne de l’œil et qui contient les cellules permettant aux rayons lumineux d’être captés puis transformés en influx nerveux pour gagner le cerveau.

Les cellules photoréceptrices

Le terme photorécepteur peut désigner le neurone sensoriel sensible à la lumière que l'on trouve sur la couche postérieure de la rétine, on parle alors de cellule photoréceptrice ou neurone photorécepteur, ou bien la molécule qui assure la transduction de l'énergie lumineuse en signal biochimique au sein de la cellule photoréceptrice. Ces cellules photoréceptrices peuvent grâce à leur capacité d'adaptation répondre a de très faibles quantités de lumières, elles sont donc facilement stimulables. Elles existent sous deux formes:
- les cônes qui permettent de voir les couleurs puisqu'ils sont sensibles à différentes gammes de longueur d'ondes de la lumière.
- les bâtonnets qui sont plus grands que les cônes permettent la vision nocturne.

Ces neurones photorécepteurs convertissent, grâce à un processus chimique, l'énergie lumineuse en un signal neurochimique. Ils diffusent ensuite ce signal chimique grâce à leurs synapses et l'envoient au nerf optique qui lui le transmettra au cerveau. Chaque œil comporte environ 7 millions de cônes, et 120 millions de bâtonnets ce qui permet a l'humain de discerner 300'000 couleurs.

Quel est le rôle du système nerveux dans la vision ?

Les photorécepteurs présents dans l’œil sont chacun en contact avec un interneurone qui par l’intermédiaire de son axone, transmet l'influx neveux aux neurones du cerveau. Ces derniers communiquent ensuite leur message a des neurones moteurs qui transmettent un influx nerveux aux organes effecteurs (les muscles). On a donc une réaction comportementale lorsque les photorécepteurs sont stimulés.

Pourquoi compare-t-on l’œil à un appareil photographique ?

L’œil est comparé à un appareil photographique dont la pellicule est la rétine. En effet, le rôle de l'appareil est de concentrer une image nette avec la bonne luminosité. La bague de mise au point permet à l'objet de voir tous les rayons lumineux converger vers lui (foyer optique) et ouvre le diaphragme de manière à laisser passer la quantité optimale de lumière.
Pour l’œil humain, c'est très similaire, bien que beaucoup plus complexe et sensible qu'un appareil photo, en raison de ses nombreuses connexions nerveuses. La cornée et le cristallin permettent la netteté (mise au point de l'objet), tandis que l'iris ajuste la quantité de lumière optimale pour la rétine (la pellicule oculaire).
L'image de l'objet est imprimée à l'envers sur la rétine, tout comme sur la pellicule d'un appareil photo. Pour ne pas entrer dans des détails énonçant des concepts de la physique qui expliquent cette inversion, nous nous contenterons de dire que c'est le cerveau qui, par la suite, se charge de retourner l'image dans le bon sens.

Quel stimulus est responsable de la vision et comment se fait le lien entre le stimulus visuel et le message nerveux ?

faites deux questions séparée

Le stimulus concerné est d'ordre lumineux. Comme détaillé auparavant, la partie avant de l’œil se charge de faire pénétrer la lumière de manière optimale pour l'impression de l'image sur la rétine. C'est pourquoi nous ne traiterons pas à nouveau ce sujet.

déplacez tout ce qui concerne la rétine à l'endroit où vous parlez des structures. La rétine est composée de 3 couches (en réalité 9 couches de cellules, mais on crée des groupes pour simplifier l'explication): la couche des cellules photosensibles, comprenant la couche de photorécepteurs (et la couche granuleuse externe); la couche granuleuse interne et la couche des cellules ganglionnaires. Ces 3 couches représentent les cellules nerveuses de la rétine et sont reliées entre elles. Elles ont chacune une fonction très précise.

La rétine étant construite de manière inversée (grâce à l'évolution qui ne rend pas parfait), la première couche, celle des cellules photosensibles, tapisse le fond de la rétine, par rapport à l'arrivée de la lumière. C'est pourquoi la lumière traverse d'abord les 2 autres couches avant d'atteindre la couche des cellules photosensibles, sensibles à la lumière. Les cellules photosensibles sont très nombreuses et se différencient en deux grandes catégories: les cônes et les bâtonnets. Pour éviter de détailler et de compliquer les notions, nous nous contenterons de dire que les bâtonnets s'occupent essentiellement de la vision nocturne, en raison de leur sensibilité aux différences de lumière. Étant les plus sensibles, c'est eux qui s’adaptent le mieux à une quantité faible de lumière. Les cônes, quant à eux, permettent la vision en couleur. Du fait de leur sensibilité beaucoup plus faible, ils sont mieux adaptés à la vision diurne qu'à la vision nocturne. Les cônes sont principalement situés dans la région centrale de la rétine, appelée tache jaune (ou macula).

La deuxième couche, la couche granuleuse interne comporte 3 catégories de neurones rétiniens: les cellules bipolaires, les cellules horizontales et les cellules amacrines. Les cellules bipolaires sont articulées entre les photorécepteurs et les cellules ganglionnaires de la troisième couche. On différencie les bipolaires de bâtonnets et les bipolaires de cônes. Ces cellules constituent la voie "directe" de transmission du message nerveux. Grossièrement, les deux autres groupes de neurones (cellules horizontales et amacrines) modulent latéralement l'information et sont un système de contrôle permettant de tenir compte du voisinage, pour mieux s'adapter aux contours des objets et au mélange de couleur.

La dernière couche est composées de cellules ganglionnaires, reliées d'une part aux bipolaires et d'autre part au cerveau, par l'intermédiaire de fibres nerveuses se rassemblant pour former le nerf optique. Ces cellules ganglionnaires permettent le passage de l'information de la rétine au cerveau. Les fibres nerveuses se rejoignent au niveau de la papille, dépourvue de photorécepteurs, ce qui provoquent l'apparition d'une tache aveugle. Celle-ci n'entraîne pas de déficit de la vue car le cerveau fait la correction.

Grâce à ces différentes couches, le message envoyé au cerveau est déjà traité en partie dans la rétine. C'est cependant lui qui va traiter l'information finale dans le cortex visuel. Il est divisé en 5 parties qui se chargent chacune d'un aspect du traitement de l'image: la vision, les textures et les contours, les objets en mouvements et la distance, les couleurs et les objets immobiles, la perception des mouvements.

Comment le message nerveux est-il conçu, puis intégré ?

Parlons maintenant du message nerveux, de sa conception jusqu'à son intégration dans le cortex visuel, placé à l'arrière du cerveau. En l'absence de lumière, les bâtonnets envoient un influx continu au cerveau. Le cerveau interprète ceci comme une absence de lumière. Lorsqu'une source lumineuse est émise, elle stimule l'opsine, une protéine se trouvant dans la membrane des bâtonnets. L'opsine stimulée déclenche une série de réactions résultant en un stimulus inhibant. Le mécanisme est le même pour les cônes. Certains cônes et bâtonnets interrompent donc leur influx vers le cerveau. Par exemple, un cône sensible à la lumière rouge recevant de la lumière rouge va être inhibé. C'est pourquoi il n'y aura plus d'influx. Le cerveau interprétera donc cette absence d'influx de la part du cône en question comme la présence de lumière rouge à l'endroit et la lumière converge sur le cône.

Quel test peut-on effectuer dans le but d'expérimenter l'existence de la tache aveugle ?

Un test simple à faire: on dessine deux points à une dizaine de centimètres l'un de l'autre sur une feuille. On fixe l'un des deux. Au fur et à mesure, le second point va disparaître car il passera dans le champ de la tache aveugle. Le cerveau percevant du blanc tout autour, va "remplir" le vide par du blanc.

Quels sont les facteurs pouvant altérer notre vision ?

De nombreuses pathologies entraînent une cécité, les principales étant:

La cataracte, bien connue chez les diabétiques et les personnes âgées pouvant avoir, en fait, de multiples causes:
- Le diabète
- L'âge
- Les traumatismes
- Les anomalies congénitales
- Les origines toxiques (médicaments)
La cataracte est la première cause de malvoyance dans le monde et touche 50 % des personnes âgées de plus de 60 ans. La baisse de vision est progressive, elle peut se traduire au stade débutant par une sensation d'éblouissement et finit par apparaître comme une «pupille blanche» visible par l'entourage du patient. Les complications sont rares mais nécessitent une surveillance spécialisée.

Le glaucome, provient étymologiquement du fait que l’œil apparaît «glauque» dans les formes évoluées de la maladie. Les difficultés à procéder à l'écoulement normal et la circulation des liquides intraoculaires aboutissent à une altération de la vision surtout constituée par le rétrécissement du champ visuel. Le champ visuel étant la surface totale de vision correcte pour chaque œil.

La rétinopathie diabétique, est une complication d'un diabète mal équilibré, souvent compliqué d'hypertension, et elle concerne la majorité des diabétiques, qu'ils soient insulinodépendants ou non. Ces lésions rétiniennes ont pour origine des lésions vasculaires, en particulier des micro vaisseaux de la rétine. L'excès de perméabilité de ces vaisseaux crée un œdème de la rétine, surtout dans sa zone la plus «photosensible», la macula. Mais la rétinopathie diabétique peut aussi être proliférante et comporter l'existence d'une nouvelle vascularisation anarchique et inadaptée.

Les maladies retiennes, sont la plupart du temps des maladies d'origine génétique qui impliquent au moins 120 gènes différents. Ces affections altèrent la transformation de la lumière perçue par les cônes et les bâtonnets en un signal électrique transmis par le nerf optique. Les premiers signes sont une perte de la vision nocturne puis progressivement une altération de la vision diurne. Actuellement la totalité de ces maladies fait l'objet de recherches sans qu'à ce jour l'on puisse envisager de traitement réellement efficace. Le décollement de rétine est une affection mécanique qui consiste en un décollement de la surface photoréceptrice de son support, soit autour du nerf optique soit sur la périphérie, souvent liée a une rétraction du gel contenu dans l’œil qui s'appelle le vitrée. Ces lésions, souvent insidieuses et progressives, peuvent aussi être brutales et entraîner une baisse rapide et indolore de l'acuité visuelle. Parmi les principaux facteurs de risque, il faut retenir en particulier la myopie qui touche environ 30 % de la population, mais seuls ceux porteurs d'une myopie moyenne (de 4 a 8 dioptries) constituent une réelle population à risque. Pour ces derniers, le décollement survient dans un tiers des cas.

Sources

http://www.google.ch/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=12&ved=0CFoQFjAL&url=http%3A%2F%2Fsites.persos.free.fr%2FTPE.pdf&ei=i9k7VKb0N4rmaofogPgG&usg=AFQjCNHvcG1OwOolhtp2ty2BUPeg7Q1Ciw&bvm=bv.77161500,d.d2s

http://lecerveau.mcgill.ca/flash/d/d_02/d_02_cr/d_02_cr_vis/d_02_cr_vis.html
http://www.vulgaris-medical.com/encyclopedie-medicale/photo-receptrice-cellule
http://ophtasurf.free.fr/loeil.htm

Documents:

CampbellN.A & al. 2007 - biologie 7ème édition, Pearson Education, page 1150