Vision 4BIOS04 12/13

Intro

La vision est aujourd'hui le sens le plus développé chez l'être humain. En effet, dressé sur nos deux membres postérieurs, l'odorat nous est devenu peu utile alors que notre ouïe ne nous procure pas assez d'informations. Nous permettant de percevoir les formes, couleurs, distances et reliefs qui nous entourent, la vison nous permet de nous situer dans notre environnement et de savoir ce qu'il se passe autour de nous. La vision nous est possible grâce aux rayonnements émis ou réfléchis par le milieu dans lequel nous somme et également grâce à un organe optique et à toute une partie à l'arrière du cerveau, nommé le système central nerveux. Ces rayonnements, appelés plus communément la lumière, sont composé de photons qui stimulent nos cellules optiques et produisent ainsi un influx nerveux permettant à notre cerveau de recomposer une image de notre entourage.

Comment peut-on voir un objet?

Le stimulus externe utilisé dans le processus de la vision est évidement la lumière. Il s'agit d'une particule ayant une fréquence perceptible par l’œil humain, appelée onde électromagnétique ou photon. Un photon est une particule élémentaire, c'est à dire qu'il ne peut plus être coupé en morceau. Sa masse est nulle et il voyage à la vitesse de la lumière tout en subissant les lois de la gravité. Il existe un large catalogue de photons, car ils se différencient entre eux par leur longueur d'onde. Leur spectre s’étend des ondes à faibles fréquences (comme les ondes radio), aux ondes à très hautes fréquences et énergies (comme les rayons gamma). La lumière visible est composée d'ondes ayant des fréquences entre 4 à 7,5 × 10¹⁴ ondes par seconde et une longueur d'onde de 400 à 750 nanomètres. La lumière naturelle provient du soleil, grâce aux réactions thermos-nucléaire (fusion) se produisant dans son noyau.

la lumière sur sur terre

La couche d'ozone empêche les ondes dangereuses d'atteindre la surface de notre terre grâce à un processus d’absorption des ondes (le cycle ozone-oxygène). La lumière visible traverse sans problème et est diffusée, déviée dans de multiples directions à cause des multiples particules dans l'air. Les couleurs sont le résultat d'une interaction lumière/matière dû à différents mécanismes lumineux et à des pigments: absorption, diffusion, réfraction (ou dispersion), interférence et diffraction. On considère que la lumière blanche contient tous le spectre des lumières, en réalité c'est plus une valeur qu'une couleur. Est considéré comme blanc toute lumière qui résulte d'un mélange équilibré des trois couleurs primaires: rouge, bleu et vert. Ils sont appelé ainsi car ils permettent de reproduire tout le spectre lumineux (cf cônes et bâtonnets).

focalisation de la lumière dans l’œil

Afin de voir le monde qui nous entoure de la façon la plus claire possible, l’œil doit en continue procéder à des changements au niveau de sa structure pour permettre aux ondes renvoyées par les objets d'être clairement perçu. Il s'agit des réflexes pupillaires: les ondes lumineuses sont réfractées pour toutes arriver directement en un point sur la rétine. Lorsque l'onde traverse la cornée, elle subit un ralentissement de sa vitesse à cause de son passage de l'air à l'humeur aqueuse, ainsi qu'une variation de sa trajectoire due à la forme de la cornée. La distance entre le point de focalisation des ondes sur la rétine et de la cornée s'appelle la distance focale. Si la cornée joue un rôle majeur dans la réfraction, le cristallin intervient dés que les ondes arrivant à la surface de la cornée ne sont plus parallèles ( objets se trouvant à moins de 9 mètres). Le cristallin arrondis sa forme pour augmenter son pouvoir de réfraction et permettre la convergence des ondes lumineuses sur la rétine. La pupille intervient dans la perception des objets lointains. En réduisant sa taille, elle permet d'augmenter la profondeur de champ et de focaliser l’œil sur un objets au loin. Aussi, lorsque trop de lumière pénètre dans l’œil se processus intervient. Et c'est l'inverse qui se produit lorsqu'il y a peu de lumière: la pupille s'élargit pour laisser rentrer un maximum de lumière. L'emplacement des yeux dans le crâne humain limite la vision. Le champ visuel de l’œil humain correspond à un angle de 150 degré.

deux déficits de la vue

Les déficits de la vue sont dus pour la plupart au fait que l’œil n'est pas capable de régler sa structure de manière correcte selon la situation et l'entrée de lumière. Si les ondes ne sont pas correctement réfractées, il se peut que le point de focalisation soit devant ou derrière la rétine. Le premier cas s'appelle l'hypermétropie, un objet proche de l’œil apparait flou, et l'autre cas s'appelle myopie, les objets au loin sont flous.

Quelles sont les différentes structures de l’œil?

L’œil humain est probablement l'organe le plus complexe. Sa structure et ses différentes parties lui attribuent la fonction d'organe sensoriel récepteur dans le domaine de la vision. Cet organe est composé de différents types de structures, comme des cellules, des lentilles, des pigments et autres. Avant d'atteindre le nerf optique, le stimulus doit traversé la cornée, l'humeur aqueuse, passé à travers le muscle de l'iris avant d'atteindre le cristallin qui le concentre sur la fovéa, situé sur la rétine.

La cornée est une fine paroi situé sur l’œil, du côté qui est en contact avec l'extérieur. Cette espèce de capsule est l'un des différents système que l’œil a pour se protéger des agression extérieurs. Logé et protégé dans une cavité osseuse (l'orbite) formée par les os faciaux, cette organe est constamment nettoyé et humidifié grâce à un système de glandes et de canaux, appelé l'appareil lacrymal, qui assure un flux continu de larmes à la surface de la cornée. Pour protéger l'organe des particules plus grosses, des paupières supérieures et inférieures sont capable de se refermer sur la surface antérieure de l’œil. Logé à l'intérieur de l'orbite, le globe oculaire est capable de se mouvoir grâce aux muscles extrinsèques (aux nombre de 6) fixés à sa surface.

Derrière cette cornée, se trouve l'humeur aqueuse, un liquide permettant de ralentir la vitesse de la lumière et également déviée de son chemin pour être dirigée sur un point précis dont nous parleront plus tard. La lumière passe ensuite à travers l'orifice formé par l'iris. L'iris est un muscle qui se contracte ou se rétracte et découvrant plus ou moins le cristallin selon la luminosité. Le stimulus arrive maintenant sur la rétine, qui converge les rayons lumineux pour les concentrer un maximum sur la fovéa, point précis situé sur la rétine. Entre le cristallin et sa cible, se trouve encore l'humeur vitrée, liquide dans lequel les veines et artères rétiniens baignent. Ce liquide sert aussi a gardé une certaine pression dans l’œil et lui donné une forme sphérique.

Quel est le rôle de la rétine?

La rétine est un complexe cellulaire dont le seul but est le traitement de l'information lumineuse en signaux électriques. Deux types de cellules photosensibles peuvent être trouvées dans la rétine: la bâtonnets et les cônes. Ils sont tous deux composés de deux compartiments bien distincts, l'un pour assurer les fonctions vitale de la cellule, l'autre pour réceptionner la lumière. Ce dernier contient une grand nombre de disques dans lesquels on trouve les photopigments. La concentration de ses pigments est l'un des facteurs qui rendent les bâtonnets plus sensible à la lumière que les cônes.

Cônes et bâtonnets ont un rôle différent dans la vision. La nuit, ou dans un milieu à faible luminosité, seuls les bâtonnets fonctionnent. En effet, les photopigments contenu là-dedans, capte le noir et le blancs contrairement à ceux contenu dans les cônes. Ces derniers sont inactif lorsque la luminosité est faible. En opposition, dans un milieu lumineux, les cônes seront plus actifs que les bâtonnets, qui ne sont pas inactifs.

Les cônes et les bâtonnets sont répartis de manière plus ou moins ordonnée dans la rétine. Les bâtonnets sont, certes, plus nombreux mais ils se trouvent plutôt sur le contour du fovéa et dans la périphérie de la rétine alors que les cônes sont plus nombreux à l'intérieur du foréa. En plus d'avoir une plus grande concentration à cet endroit, les cellules composant la couche devant les cônes sont repoussés sur le côté, permettant ainsi à la lumière d'avoir un accès direct au cônes.

Comment le stimulus est-il transformé en une perception?

Tout comme l'ouïe, le goût le toucher ou encore l'odorat, la vision est possible grâce à un transfert traitement d’informations se déroulant en quatre étapes:

• Stimulus: La source de l'information sensoriel est principalement un stimulus physique de nature externe. Ici, il s'agit de la lumière, ou plus particulièrement, des photons.
• Conversion: Dans notre cas, les photons vont être concentrés en une région de la rétine et absorbés par les cellules photoréceptrices: cônes et bâtonnets. Ils vont être ensuite traduit en un signal nerveux.
• Transmission: Le signal nerveux généré est ensuite conduit au cerveau grâce à une voix afférente: le nerf optique.
• Interprétation: Notre système nerveux central, inclus dans notre cerveau, va finalement interpréter tous les éléments électrochimiques qu'il a reçu via le neurone sensoriel.

Comment les cellules photoréceptrices absorbent-elles les radiations électromagnétiques?

Lorsque la lumière traverse le cristallin, elle est déviée pour que les rayons se concentrent en un point sur la rétine, appelé Fovéa. Ici se trouvent les cellules photoréceptrices. La lumière sera ensuite absorbée pas les deux types de photorécepteurs, les bâtonnets et les cônes. Ceux-ci contiennent des pigments formés d'une molécule de rétinal, synthétisée à partir de vitamine A (qui est un composé qui capte la lumière) et d'une protéine attachée à la rétinal: l'opsine. Les bâtonnets ont un différent type d'opsine, plus sensible, appelé rhodopsine. C'est l'opsine qui, lorsqu'elle est activée par la lumière, active à son tour la protéine G, qui va ensuite utiliser l'échange de GDP et GTP

Quelles sont les différences entre les les cônes et les bâtonnets?

Les bâtonnets sont environ 1000 fois plus sensibles à la lumière que les cônes, ils seront donc plus actifs lors d'une faible exposition à la lumière, alors que l'utilisation des cônes sera privilégiée lors de forte exposition à la lumière. Il existe également plusieurs types de cônes: Les rouges, les verts et les bleus(ces derniers sont moins nombreux cependant). La stimulation de plusieurs cônes en même temps permet d'avoir un spectre de couleur plus large que ces trois couleurs.

Comment la lumière absorbée peut être convertie en un potentiel d'action?

A l'obscurité, la différence de potentiel de la membrane du photorécepteur est de -30 mV car des canaux sodiques sont ouverts en permanence. Dès que la lumière elle est absorbée, elle engendre une cascade de réactions qui va à terme aboutir à la fermeture de canaux sodiques. Une variation de potentiel va ainsi être créée (moins de sodium rentre, la variation de potentiel baisse). Le potentiel va s'hyperpolariser, et se réduire jusqu'à -65 mV. Cette hyperpolarisation: une absence de message, va être interprétée en un influx nerveux et envoyé dans le nerf optique. Ce n'est donc pas dépolarisation qui va déclencher un potentiel d'action qui va permettre l'envoi d'un influx nerveux comme dans les autres systèmes sensoriels, mais une hyperpolarisation qui va être traduite en un influx nerveux, pour aller dans l’hémisphère du cerveau lié à la vision de part le nerf optique.

Comment la vision a-t-elle évolué jusqu'à nos jour?

La vision évolué selon les espèce pour donner une large panoplie de structure différentes. En effet selon le mode de vie des espèce (prédateurs, cavernicoles, amphibies, nocturnes,...), certains types de visions sont plus utiles à certain qu'à d'autre. Nous allons faire une liste rapide de différents animaux et leur appareil visuel réceptif.

Quelles similitudes et différences peut-on observer chez certains autres vertébrés?

l’œil de ce céphalopode est très similaire à celui des vertébrés. il est partiellement entouré par une capsule de cartilage, avec un cristallin, une humeur vitrée et des cellules nerveuses constituant une rétine tapissant le fond de la cavité oculaire. cependant, la cornée n'est pas totalement fermée, ce qui résulte qu'il n'y a pas d'humeur aqueuse mais de l'eau de mer. la représentation visuelle du monde qui l'entoure est probablement très semblable au notre.

• Le caméléon

Ce qui distinguent les yeux d'un caméléon aux notre, c'est que ses yeux sont indépendant l'un de l'autre. Ce qui en résulte, est deux images différentes envoyées aux cerveau, et ce même si les yeux sont orienté dans une même direction. Il n'y a donc pas de vision binoculaire permettant une vision du relief et des distances. Excepté lorsqu'il fixe une proie, car à ce moment là ses yeux adoptent un comportement binoculaire pour visualiser la distance.En fait il mesure la distance en traitant indépendamment les information venant des deux yeux dans le cerveau qui les compare. il est capable de détecter les mouvements, il n'a donc presque pas besoin d'images.

• Le chat

Le principale atout du chat, est la géométrie variable de ses pupilles: Elles sont capable de s'ajuster en fonction de la lumière présente de manière très précise. Les chats voient également le monde en couleurs, à l'exception du rouge. C'est comme si il étaient daltoniens, car leurs palettes de couleur tourne autour du bleu et du vert. Dans leur rétine, on retrouve un plus grand nombre de bâtonnets (plus sensibles que les cônes à la lumière)et ils possèdent une membrane réflectrice derrière la rétine.Ce qui en résulte une meilleur absorption de la lumière, une excellente vision nocturne et des yeux qui brillent dans le noir. Le petit bémol est le fait qu'ils soient un peu presbyte. Leur champ de vision bien plus large que celui de l'humain, s’étale sur 287 degré pour 180 pour nous.

Sources

• Wikipédia
• http://www.lasik.asso.fr/la-vision
• Biologie, édition de boek, 2ème édition
• Livre "Neurosciences"

Notes

• a) Nature du stimulus
• b) Organes
• c) Structure sensoriel
• d) Neurones sensoriels
• e) Transduction

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