Vision 4BIOS03 12/13

La vision, du supin (=catégorie grammaticale entre le nom et le verbe) "visum" du verbe latin "videre" signifie voir.

Elle s'inscrit dans le cadre des cinq sens que sont la vision, le goût, l'odorat, l'audition et le toucher.

Tout d'abord, il faut spécifier quel est le but de la vision, et plus généralement du système sensoriel, bien que cela puisse paraître évident. Le rôle des "sens" est de fournir des informations à l'individu sur son environnement extérieur. Les récepteurs concernés par la vision (les photorécepteurs) constituent 70% du nombre total des récepteurs contenus par le corps humain, de plus, il est prouvé que la moitié du cortex cérébral (chez les humains en tout cas) est consacrée à l'analyse du monde visuel, cela montre bien l'importance de l'information visuelle dans la perception que se fait l'Homme de l'environnement.

La vision a comme point commun, peu importe le degré d'évolution de celle-ci, la photoréception, c'est-à-dire le phénomène d’absorption d'ondes lumineuses. Malgré ce point commun, il faut être conscient qu'il existe plusieurs degrés de complexité concernant les effecteurs de la photoréception (les photorécepteurs) allant du simple fait de capter l’intensité et la direction de la lumière à la création d'une image tridimensionnelle complexe.

"La vision recouvre l'ensemble des mécanismes physiologiques et psychologiques par lesquels la lumière émise ou réfléchie par l'environnement détermine les détails des représentations sensorielles, comme les formes, les couleurs, les textures, le mouvement, la distance et le relief. Ces mécanismes font intervenir l'œil, organe récepteur de la vue, mais aussi des processus cognitifs complexes mis en œuvre par des zones spécialisées du cerveau." (0)

Dans le cadre de cette article scientifique, qui se veut une synthèse du fonctionnement de la vision à travers une méthode intuitive de questions-réponses, il sera principalement question d'analyser le mécanisme de la vision chez des organismes évolués, tout particulièrement chez l'homme. L’organe responsable de la vision chez l’homme est l’œil.

Quel est la nature du stimulus impliqué dans la vision?

Le stimulus impliqué dans la vision est la lumière, c'est une onde électromagnétique. Est appelé lumière uniquement les ondes électromagnétique visible par les hommes. La lumière se propage dans l'air de deux manières. Longitudinalement, si les vibrations à la base de l'émission de l'onde sont parallèles à sa propagation ou transversalement, si les vibrations à l'origine de l'émission de l'onde sont perpendiculaires à sa propagation; et ce toujours par rapport au point d'émission de l'onde. De plus, elle se propage toujours en ligne droite lorsqu'elle se propage dans un milieu homogène (il n'y a donc pas de changement de milieu), cette particularités est importante car elle permet d'expliquer les phénomènes de réflexion et de réfraction, ce qui permet de prévoir entièrement la trajectoire des ondes lumineuses dans l'environnement. La lumière comme toute onde a une fréquence, notée f en [s^-1] c'est-à-dire le nombre d'ondes émis par seconde, une longueur d'onde, dénotée λ en [nm] est la distance entre deux ondes consécutives et une amplitude, dénotée A en [nm] est la différence de distance entre un pic et un creux de la courbe. Le spectre lumineux visible par l'Homme se situe entre des longueurs d'onde de 380 [nm] à 720 [nm]. A chaque longueurs d'onde comprises dans cet intervalle correspond une couleur. En outre, l'addition de tout le spectre lumineux visible (et donc de toute les longueurs d'onde)équivaut à la perception de la couleur blanche. (cf. Annexe A)

Quel est l'organe responsable de la vision chez l'homme?

Ce sont les yeux. Dans un premier temps, ils reçoivent les stimuli visuels (ils reçoivent en faite l'information brute) et dans un second temps, le cerveau traite ces informations et construit une image à partir de celles-ci. Ici, dans le cas de cette recherche, les mécanisme liés à l'œil seront étudiés plutôt que ceux liés au cerveau. (cf. Annexe B)

Quelles sont les structures constitutives de l’œil et quels sont leurs rôles?

Voici les structures composant l’œil des plus extérieures aux plus intérieures en suivant le tracé d'un rayon lumineux. (cf. Annexe C)

L’œil entier est divisé en deux cavités.
La cavité antérieure composé de:

• La cornée, la sclère et la conjonctive
  La cornée agit comme une lentille fixe laissant passer la lumière, cette même structure devient la sclère sur le derrière de l'œil - tissu blanc et résistant, lui même recouvert de la conjonctive, fine membrane ayant pour rôle de lubrifier l’œil.
• Humeur aqueuse
  Liquide transparent remplissant la cavité antérieure de l'œil afin de lui assurer sa consistance et sa forme par la pression que le liquide exerce. Il "nourrit" et oxygène également le cristallin.

Limite entre la cavité antérieure et postérieure, composé de:

• L'iris, la pupille, la choroïde et le corps ciliaire, le cristallin et ses ligaments suspenseurs
  La choroïde est une fine couche pigmentaire qui tapisse la cornée sur les trois-quarts arrière de l'œil mais qui se prolonge aussi sur l'avant de celui-ci en deux autres tissus: le corps ciliaire et l'iris. Le corps ciliaire est un anneau de tissu vascularisé constituant un muscle lisse. Il entoure le cristallin. Le rôle de ce tissu musculaire consiste à modifier la forme du cristallin, par le biais des ligaments suspenseurs, afin de s'adapter à une vision rapprochée (accommodation) ou éloignée (cf. Annexe D). L'iris quant à lui, d'une part donne sa coloration à l'œil et d'autre part régule la quantité de lumière entrant par la pupille - qui est un simple orifice - en changeant de dimension.

Et la cavité intérieure - beaucoup plus grande que la précédente - est composé de:

• Le corps vitré
  Le corps vitré est une substance gélatineuse qui constitue la majeure partie de la cavité postérieure, ce qui donne sa consistance à l'œil. (De la même manière que l'humeur aqueuse dans la cavité antérieure.)
• La macula et le disque du nerf optique
  La macula est le centre du champs visuel. La particularité de celle-ci est qu'elle ne comporte pas de champs visuel. Le disque du nerf optique reçoit l'information issues des cellules photoréceptrices se trouvant dans la rétine.
• La rétine, les artère et veine centrale de la rétine
  La rétine est la couche plus à l'intérieure , au fond de l'œil, c'est dans celle-ci que se trouvent la totalité des cellules photoréceptrices
• Le nerf optique
  Le nerf optique est le canal nerveux qui "prolonge" l'information que les photorécepteurs lui transmettent vers le cerveau.

Quelle est la structure sensorielle excitée par le stimulus visuel?

La structure est la rétine, composée de photorécepteurs.

Ce sont les photorécepteurs contenus dans le fond la couche rétinienne - en effet la rétine contient trois autres types de neurones dans l'épaisseur de sa membrane (cf. Annexe E) qui sont importants dans l'acheminement post-transduction de l'information visuelle (cf. chapitre correspondant) - qui captent les ondes électromagnétiques constituant le stimulus visuel et le transforment en signal électrique avant d'envoyer ces informations vers le cerveau via le nerf optique.

Quelle est la structure générale d'un photorécepteur?

Un photorécepteur, peut importe son type (cf. ci-dessous), se compose de quatre parties (cf. Annexe situé dans le chapitre ci dessous):

• Un segment externe qui est lui même composé d'empilement de disques contenant les photopigments tels que la rhodopsine et l'opsine
• Un segment interne
• Un corps cellulaire
• Une terminaison synaptique

Quels sont les différents types de photorécepteurs?

Il y a deux catégories de photorécepteurs: les cônes et les bâtonnets. Ces neurones tirent leur nom de la forme de leur segment externe. Effectivement, le segment externe du bâtonnet est long et cylindrique, il contient de nombreux disques, alors que celui du cône est plus court et biseauté sur son extrémité, il contient assez peu de disques (cf. Annexe F). La rétine humaine contient approximativement 125 millions de bâtonnets et 6 millions de cônes, de plus les bâtonnets contiennent tous le même photopigment alors qu'il existe trois types de cônes présentant chacun un photopigment différent. La différence de nombre de disques, et donc nécessairement en concentration de photopigments, et la différence du nombre de type de photopigments finissent de les distinguer totalement. En fait, ces deux différences déterminent leur spécificités. Le nombre élevé de photopigments rend les bâtonnets 1000 fois plus sensible à la lumière que les cônes. En outre, les trois types de photopigments qu'ont les cônes les rendent sensible à différentes longueurs d'onde ce qui leur permet de percevoir les couleurs.

Comment s'opère la transformation de l'énergie du stimulus en variations de potentiels membranaires?

Cette transformation se fait en quatres étapes principales. Il en va ainsi pour les cinq sens.

• La conversion du stimulus consiste à une conversion d'énergie d'un stimulus qui transforme le potentiel de la membrane en un récepteur sensoriel (nommé conversion du stimulus). Il existent différents potentiels récepteurs, qui varient par l'amplitude en fonction de l'intensité du stimulus.
  

• L'amplification consiste a augmenté l'énergie du stimulus afin de le faire parvenir au système nerveux central. La plupart du temps, l'amplification se passe dans les récepteurs sensoriels où il y a des voies de conversion mettant en jeux des messagers secondaires pour y contribuer. L’amplification peut se produire aussi structures d'un organe sensoriel complexe. Grâce à ces méthodes, l'amplitude de ces ondes sonores est multiplié par vingt avant d'arriver aux récepteurs de oreille interne
  

• La transmission consiste à acheminer l'influx (l'énergie du stimulus qui a été convertie en potentiel récepteur) jusqu'au système nerveux central.
  

• L'intégration se fait lors de la réception des données et consiste à l'intégration par somation des stimulis produits par les potentiels récepteurs qui vont être transmis pour finir à un récepteur sensoriel.

Comment s'opère la phototransduction?

La phototransduction est la conversion du signal électromagnétique en signal électrique au niveau de la rétine dans les photorécepteurs. La phototransduction ne s'opère pas tout à fait de la même manière dans le bâtonnets que dans les cônes. Malgré cela, les mécanismes restent asses similaires, c'est pourquoi ici seul la phototransduction dans les bâtonnets sera décrite.

• La phototransduction aux niveaux des bâtonnets

Ce processus ressemble fortement à la transformation d'un signal chimique à un signal électrique, sauf qu'ici c'est une onde électromagnétique (la lumière) qui est transformé en signal électrique. (Annexe G)

La transduction du signal se fait différemment le jour de la nuit.

• Le jour

Le jour, les photopigments - dans les bâtonnets ces photopigments sont la rhodopsine - présents dans les disques des segments externes des bâtonnets, absorbent l'énergie lumineuse. Cette absorption provoque la stimulation d'un enzyme effecteur, appelé effecteur. Cet stimulation enzymatique va diminuer la concentration en second messager du cytosol, ce qui inactive la GMPs et provoque la fermeture des canaux ioniques sodiques et donc engendrer la variation du potentiel membranaire. La membrane est donc hyperpolarisée car une enzyme inactive la GMPc qui normalement engendre l'ouverture des canaux sodiques. Le canaux sodiques sont donc fermés, le potentiel de la membrane passe d'environ - 30 [mV] à -60 [mV]. Étant donné que le seuil d'activation du potentiel d'action est à -49 [mV], l'influx est transmis.

• La nuit

La nuit, par contre, le stimulus (absence de lumière) est reçu par le neurotransmetteur qui couplé à la protéine G active une enzyme effectrice qui va, à son tour, activer la GMPc ce qui fait augmenter la concentration en second messager dans le cytosol, et de ce fait provoquer une dépolarisation continue de la membrane, c'est-à-dire que les ions Na⁺ pénètrent dans la membrane car la GMPc active l'ouverture des canaux sodiques. Le potentiel membranaire reste donc en dessous de -60 [mV], l'influx nerveux n'est donc pas transmis.


Il est important de souligner que le mécanisme sensoriel de la vision fonctionne de manière diamétralement opposée par rapport aux autres mécanismes sensoriels. En effet, lorsqu'un des autres processus sensoriels (le goût ou l'audition par exemple)n'est pas stimulé, c'est-à-dire lorsqu'il ne reçoit pas de stimulus, les récepteurs responsables de la transduction hyperpolarisent la membrane. En termes plus simples, lorsque les récepteurs ne sont pas stimulé, les canaux ioniques sont fermés et la membrane hyperpolarisée, alors que dans le cas de la vision c'est exactement le contraire.

Quels sont les pathologies (troubles) liées à la vision?

Déficience de l’accommodation:

Les déficiences liées à la vue, sont dues au fait que l’œil n'arrive plus à s'accommoder. L’accommodation est la capacité de l’œil à voir nettement des objets à des distances différentes grâce à la déformation du cristallin. Lorsque le cristallin perd de son élasticité, il entraine une baisse d'acuité visuelle.

Les pathologies touchent divers endroit dans l’œil : Le nerf optique qui diffuse l'information de la vision, ou l’œil lui même. Les baisses d'acuité visuelles sont dues à une déformation du cristallin.

Voici quelques exemples de la baisse d'acuité visuelle :

La presbytie : Une personne atteinte de presbytie a des difficultés pour voir de près et pour lire. Le cristallin, lentille transparente, perd de son élasticité, et l'action du muscle ciliaire sur ce cristallin rigide diminue. La distance à laquelle les yeux lisaient avec netteté augmente. La presbytie atteint plutôt les personnes de 40 ans ou plus car la presbytie est dû à un vieillissement normal de l'œil.

Les premiers symptômes de presbytie:

• vision floue de près.

• une fatigue oculaire en fin de journée ou après une longue journée de travail

• Lorsqu'on tend les bras pour augmenter la distance de vue.

(Annexe H)

La myopie: Une personne voit les objets plus flou avec leur éloignement. La vision de loin est floue car la focalisation de l'image d'un objet éloigné se forme en avant de la rétine puisque l'œil est long. La myopie apparait vers l'âge de 6 ans jusqu'à la vingtaine puis se stabilise.

La myopie est causée par plusieurs facteurs:

Il y a:

• Les facteurs environnementaux : Le travail de près, focaliser sur des objets proches tel que la lecture ou regarder la télévision, jouer a l'ordinateur.

• Les facteurs génétiques: La myopie apparaît souvent dans les familles où il y a des myopes car plusieurs gènes sont en lien avec la myopie. Un enfant a une chance sur trois de présenter une myopie si un parent est myope et un risque sur deux si les deux parents sont myopes.

• Les autres causes: Prise de médicament pour le diabète, ou bien les déformations du cristallin.

Les premiers symptômes de la myopie:

• Difficulté à lire au loin.

• Se rapprocher constamment de la télévision.

• Se rapprocher des cahier pour bien lire.

La myopie peut devenir très dangereuse pour la vision et l'œil. Car à cause d'une forte myopie, l'oeil serait beaucoup plus long et donc la rétine serait plus tendue, mal irriguée et pourrait même se déchirer.

(Annexe I)

Baisse progressive de l'acuité visuelle:

Voici un cas de forte myopie entrainant le glaucome: Le glaucome apparait plus chez une personne ayant une forte myopie qu'une personne normale. Le glaucome est caractérisé par le fait que le liquide intra-oculaire qui ne s'élimine pas très bien, et donc il y a augmentation de la pression de l'oeil ce qui cause une détérioration du nerf optique. Il touche les personnes à partir de 40 ans. Il y a plusieurs types de glaucome tel que:

• le glaucome aigu: Lorsque la pression augmente brusquement.

• Le glaucome chronique: Lorsque la pression augmente progressivement.

• Le glaucome congénital: Les personnes atteintes sont les jeunes enfants des les premiers mois.

• Le glaucome secondaire: Il est provoqué par une hypertension.

On ne connait pas exactement les causes exactes mais les facteurs qui aggravent le cas sont:

• Les facteurs génétiques

• Le diabète

• L'âge

Les premiers symptômes: Les symptômes diffèrent du genre de glaucome.

Glaucome aigu:

De violentes douleur à l’œil

Des maux de tête

L’œil est rouge

La pupille dilatée

Glaucome chronique:

Picotements dans les yeux

Larmoiements

On peut aussi distinguer la cataracte aussi, qui est l'opacification du cristallin, et qui entraine une baisse de vue et une hypersensibilité à la lumière.

Déformation de la cornée:

L'astigmatisme: L'astigmatisme entraîne une vision brouillé et imprécise à toutes les distances et il y a déformation de l'image aperçue car la courbure de la cornée est irrégulière elle n'est plus ronde mais ovale.

Il y a trois genre d'astigmatisme:

• Astigmatisme conforme: Allongement des lignes verticales. (Image)
• Astigmatisme inverse: Allongement des lignes horizontales. (Image)
• Astigmatisme oblique: Allongement des lignes obliques. (Image)

L'image d'un point n'est pas un point mais devient une droite.

L'astigmatisme peut être inné,donc présent lors de la naissance, ou acquis, un facteur ayant déformé la cornée comme par exemple une blessure ou une chirurgie de l’œil.

Lorsqu'une personne présente des maux de tête,une gêne à la lumière vive, une fatigue oculaire, ou encore qu'elle a une vision floue, elle peut être astigmate.

(Annexe J)

Déficiences liées à la couleur

Le daltonisme: Un ou plusieurs cônes responsables de la perception de la couleur, sont déficients. Un daltonien ne fera pas la différence entre le rouge ou le vert.

L'achromatopsie: L'achromatopsie est une absence totale de vision des couleurs.

Comment protéger ses yeux des différents facteurs environnementaux?

Il existe plusieurs causes de maladies de l'œil dont:

L'observation du soleil: En effet l'observation du soleil peut entrainer divers anomalies pouvant aller jusqu'à la tumeur maligne de l’œil.

Rester beaucoup de temps sur ordinateurs et autres appareils technologiques .

Il y a deux types de protection pour nos yeux :

Le mécanisme de défense de l’œil

• Réflexes pupillaires et anatomie faciale.

Les yeux sont protégés par une cavité osseuse, l'orbite.

Le rétablissement de l'acuité visuelle grâce à la technologie humaine:

• Appareils optiques

Verres de contact ou lunettes(progressives ou de soleil)

• Chirurgie

Le plus fréquent au laser

Quel sont les différentes complexités de la vision chez les animaux?

Il existe différentes complexités du système visuels chez les différents animaux allant des simples yeux primitifs d'un vers plat jusqu'à la structure complexe de l’œil humain.

En effet, il existe chez les invertébrés deux types d’œils qui produisent des images: l’œil composé (plusieurs cristallins) et l’œil simple (un cristallin unique). L'œil composé est présent chez les insectes, quelques crustacés (embranchement des arthropodes) et chez quelques polychètes (embranchement des annélides). Cet œil est munis d'ommatidies (détecteurs de lumière), il peut y en avoir des dizaines de millier. Chaque ommatidie est composée d'une cornée et d'un cristallin réceptionnant la lumière émanant d'une infime portion du champs visuels. L'alternance de la lumière accédant jusqu'aux abondant ommatidies vont donner une image en mosaïque. Grâce aux ganglions cérébraux, les animaux intègrent l'information visuelle, ce qui leurs permet de rendre cette image plus nette. L’œil composé détecte parfaitement le mouvement. Cette caractéristique est très pratique pour les insectes volants et et les animaux menacés par les prédateurs. Ces types d'yeux sont capables de détecter plus de variation d'intensité de lumière qu'un œil humain. Certains animaux ont la capacité de percevoir parfaitement les lumières des spectres plus larges que ceux des humains (les insectes et plus précisément l'abeille). Les animaux ne possèdent pas tous la même sensibilité ni la même organisation du système nerveux.

L’œil simple, le second type d’œil qui est présent chez les invertébrés sont présent chez la méduse, quelques polychètes (verra annélides, les araignées et chez de nombreux mollusques). Cet œil fonctionne comme un appareil photo. En effet la pupille (petite ouverture) laisse entrer la lumière. L'iris de la pupille peut régler l'ouverture de la pupille comme un diaphragme sur l'appareil photo. Derrière l'iris, l'unique cristallin concentre la lumière sur une couche de cellules photoréceptrices contenue au centre de la rétine appelé fovéa. Pour que l'image soit bien nette sur la rétine, les muscles ciliaires font bouger le cristallin vers l'avant ou vers l'arrière, exactement comme dans un appareil photographique.

L'appareil visuel des vertébrés, comme l’œil simple des invertébrés, ressemble à un appareil photographique. Mais l’œil des vertébrés diffère par quelques éléments de l’œil simple invertébré. En effet, l’œil n'est que la première étape de la vision, c'est le cerveau qui va permettre de voir. L’œil vertébré envoie des sensations aussi nommé potentiels d'actions puis il envoie ces influx au centre de traitement de la vision qui se trouve dans le cerveau où s’effectue la perception visuelle. (cf. Annexe K)

Sources

Webographie

0.http://fr.wikipedia.org/wiki/Vision

1.http://fr.wikipedia.org/wiki/Supin

2.http://fr.wiktionary.org/wiki/vision

3.http://fr.wikipedia.org/wiki/Longueur_d%27onde

4.http://www.optique-philippot-montpellier.com/la-vision-4-24_4-la-presbytie.html

5.http://www.optique-philippot-montpellier.com/la-vision-4.html

6.http://www.ophtalmologie.fr/myopie.html

7.http://www.ophtalmologie.fr/astigmatisme.html

Bibliographie

1. CAMPBELL Neil et REECE Jane, Biologie ,chapitre 49

2. La physiologie humaine