Vision 4BIOS01 2014/15

Votre texte doit-être réorganisé selon le modèle de traitement proposé ; vos paragraphes ne se suivent pas toujours de manière cohérente. Alexandre Zimmerli (discussion) 16 octobre 2014 à 00:17 (CEST)

La vision

La vision est 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 sommes et également grâce à un organe optique et à toute une partie à l'arrière du cerveau, nommé le système nerveux central.
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.

Quelle est la nature du stimulus capable de faire réagir l’œil?

Reposez la question, soyez plus explicite ; quelle est la nature du stimulus perçu par la vision ? (p.ex.)

Un stimulus (au pluriel, stimuli) est un agent susceptible de provoquer un changement de comportement chez le sujet observé. En biologie, un stimulus désigne tout ce qui est de nature à déterminer une excitation chez un organisme vivant : un son, un signal visuel, une source de chaleur, la sensation de gravité, un événement, un choc électrique, une odeur, etc. Le stimulus visuel est lui un ensemble de rayonnement perçu par l’œil.L’homme possède environ 250 millions de récepteurs de lumière, soit 70% de toutes ses cellules sensorielles. L’œil analyse la lumière et transmet les informations au nerf optique sous forme de potentiels d’action. Le cerveau interprète l’infux nerveux et élabore les images.

Qu'est-ce-que la lumière?

La lumière représente l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain. Ces longueurs d'onde visibles sont comprises entre le violet et le rouge (de 380 nm jusqu'à 780 nm), ce qui veut dire que le bleu, le vert, le jaune, etc. sont visibles par l’œil humain. De nombreux insectes peuvent aussi percevoir des longueurs d’onde inférieures à 400 nm. Les abeilles par exemple voient aussi l’UV, ce qui est inconcevable pour nous. Les serpents quant à eux, perçoivent les infrarouges, qui ont une longueur onde de plus de 800nm.

La lumière est composé de photon qui se déplace toujours en ligne droite dans tous les milieux transparents et homogènes, en particulier dans le vide ou dans l'air. Elle peut naturellement changer de trajectoire lors d'un changement de milieu. En conclusion, le stimulus visuel et d'origine électromagnétique, et la sensibilité des photorécepteurs humains se situe entre 400-800 nm.

La lumière peut d'ailleurs être décomposée lorsqu'elle traverse différents milieux transparents, car la vitesse peut dépendre de la fréquence. Les faisceaux prennent des directions différentes selon leur longueur d'onde, et donc selon leur couleur pour la lumière visible. La lumière n'est perçue par un récepteur que si elle va directement dans sa direction.

Lorsque le niveau lumineux est suffisant, l'être humain distingue des couleurs, correspondant à la répartition spectrale des lumières qui lui parviennent. Un objet rouge, par exemple, est rouge car il absorbe toute les couleurs qui lui parviennent sauf le rouge, qui lui est reflété. Avec trois couleurs bien choisies, dites couleurs primaires (bleu, rouge et vert), on peut créer, par synthèse additive, la perception de très nombreuses couleurs. Toutes ces autres couleurs sont formées à partir du mélange des trois couleurs primaires. L'addition des trois couleurs donnent le blanc.

(cf. annexe)

La vision des couleurs est-elle additive ou soustractive ?

Quelles organes sont liés à la vision?

Dans un premier temps, ce sont les yeux qui reçoivent les stimuli visuels (information brute). Puis, 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. Différents tissus et organes seront encore nécessaire pour transformer les rayons lumineux en signal électrique.

Quelles sont les différentes structures qui composent l'oeil?

L’œil est un récepteur sensoriel responsable de la vision chez l'être humain.
Nous avons pour protéger nos yeux, l'orbite. L'orbite est une cavité osseuse servant à protéger l’œil.
Nous avons également pour protéger nos yeux deux paupières, une supérieure et l'autre inférieure. Les paupières ont différents rôles, elles s'occupent de certaines agressions externes comme des petites poussières. Elles peuvent empêcher qu'une trop grande quantité de lumière pénètre dans l’œil et pour finir les paupières hydratent et nettoient la cornée. L'hydratation de l’œil sert aussi a nourrir les cellules du cristallin. En effet l'humeur aqueuse apportent les nutriments nécessaires aux cellules fibreuses du cristallin.
Il y a différents tissus dans l'organe qui est l’œil. Le tissus le plus externe est la cornée. Entre la cornée et la pupille, nous avons l'humeur aqueuse. Situé juste au-dessus de l'humeur aqueuse, nous avons le canal de Schlemm. Juste derrière la pupille nous avons le cristallin.
L'iris est la partie qui donne la couleur de nous yeux (exemple: les yeux verts). Nous avons des muscles au dessus et au dessous de notre cristallin, ce sont les muscles ciliaires.
Nous avons la sclérotique qui englobe l’œil derrière la pupille.
A la fin de notre œil nous avons la rétine qui est l'organe responsable de la vision. Elles est composée de bâtonnets et de cônes. Dans la rétine nous avons une zone appelée fovéa. La zone fovéa est la zone où l’acuité visuelle est à son maximum. C'est un endroit de la rétine qui est composé de beaucoup de cônes.
Nous avons à la fin aussi, le nerf optique qui relie l’œil au cerveau. Dans ce nerfs optique nous avons l'artère et la veine rétinienne centrale.
(cf. annexe)

Quelle partie du cerveau s'occupe de la vision?

La lumière pénètre les yeux, ensuite le nerf optique traduit l'information visuelle en influx nerveux. Cette influx nerveux jusqu’au chiasma optique, c'est un endroit ou les influx nerveux se croisent. Les influx nerveux se croisent car chaque œil apporte une image de gauche et de droite, donc l’œil gauche va envoyer la moitié de sa vision, le côté droit, au cortex de droite. Pareil pour l’œil droit qui envoie la moitié de son information au cortex gauche. Les influx nerveux amenés au cortex gauche et droit se trouve dans le lobe occipital qui se situe à l'arrière de notre cerveau. Ces informations visuelles vont être envoyées par une voie ventrale qui va jusqu'au lobe temporal. Ces informations envoyées au lobe temporal nous permettent de reconnaître ce que l'on voit. Les informations visuelles vont être envoyées également par une voie dorsale au lobe pariétal. Ce lobe pariétal en traitant l'information reçue, va nous permettre de situer un objet dans l'espace.

Comment l’œil se comporte avec la lumière?

Le tissu réagissant à la lumière directement est la pupille. En effet, la pupille diminue sa taille lorsque beaucoup de lumière atteint l’œil. Cette réaction est dû au fait que si trop de lumière pénètre l’œil, nous sommes éblouit et donc nous ne voyons plus correctement. Lorsqu'il fait sombre, à l'inverse, la pupille s'agrandit pour laisser entrer un maximum de rayons lumineux. Le cristallin agissant comme une lentille naturelle, a pour rôle d'envoyer la lumière sur la rétine. La rétine ne réagit qu'au longueur d'ondes se trouvant entrent 780nm et 380nm, nous voyons donc les couleurs du violet au rouge. Les longueurs d'ondes plus petites ou plus grandes ne sont pas perceptibles par l'Homme en revanche certains animaux sont capables de le faire.

Les descriptions ci-dessous sont à mettre dans le paragraphe au-dessus : "Structures qui composent l'oeil".
• La Cornée:
  La cornée est la première couche transparente, qui est en contacte avec l'air extérieur. Elle a des nerfs sans myéline, qui est sensible au contacte, à la température et aux composant chimique. Il n'y a pas de circulation sanguine dans la cornée, car elle doit être plus transparent possible pour pouvoir laisser passer un maximum de lumière. Nos larmes contiennent des nutriments et la cornée peut les absorber par diffusion. La lumière qui traverse la cornée est réfracté sur le cristallin.
• L'Iris:
  L'iris est la structure circulaire autour de l’œil, responsable pour contrôler la taille de la pupille. Elle est composé de 2 couches. La stroma, qui est située vers l'extérieur et celle en dessus composé de cellules épithéliales pigmentés. En contrôlant la taille de la pupille elle régule la quantité de lumière qui rentre dans l’œil. Elle est aussi pigmenté. Quand on parle de la couleur des yeux, on parle généralement de la pigmentation de l'iris.
  
• La pupille:
  La pupille est un trou situé au centre de l'iris. Elle semble noir, car toute la lumière qui rentre dans celle-ci est absorbé par la rétine. Elle sert d'entré à la lumière. Chez l'humain elle est ronde, mais chez d'autres animaux elle peut être horizontal comme chez les chèvres ou vertical comme chez les vipères. Plus elle est grande, plus elle laisse rentré de la lumière, donc quand la lumière est abondante elle se contracte et dans le cas contraire quand il manque de la lumière elle se dilate. C'est pour cela que les animaux nocturnes ont de grosses pupilles, comme pour le hibou.
• Le Cristallin:
  Le cristallin ce trouve juste après la pupille. Le cristallin est composé de trois parties. La capsule du cristallin qui enveloppe.L'épithélium du cristallin, situé dans la partie antérieur du cristallin, assure l'homéostasie de celle-ci. Et les fibres du crystalins, qui ont une largeur de 4-7μm et une longueur de 12mm. Ce tissu Fonctionne comme une lentille naturelle. Elle concentre la lumière sur la rétine. Le cristallin est nourri par l'humeur aqueuse située entre la cornée et celle-ci.
• La Rétine:
  La rétine est un fin tissu qui se situe vers l'arrière de l’œil. Dans ce tissu se trouve une fine couche transparente de neurones des cellules photoréceptrices telles que les bâtonnets et les cônes. Dans la rétine entière, se trouve environ 7 million cônes et 75 à 150 million batonets La lumière qui rentre dans l’œil frappe la rétine. Elle traverse la couche transparente de neurones et stimule les cônes et les bâtonnets. Puis ceux-ci envoient un signal aux neurones qui les retransmets au nerf optique et au cerveau. Pour envoyer un signal aux nerfs de la rétines les cellules photoréceptrices utilisent des cellules intermédiaires pour transmettre l'information. Chaque cellule bipolaire reçoit de l'information de plusieurs cellules photoréceptrices et chaque cellule ganglionnaire reçoit de l'information de plusieurs cellules bipolaires. Puis celles-ci transmettent l'information directement aux neurones de la rétine. Le disque optique, aussi appelé la tâche aveugle, est une région de la rétine où il n'y a pas de cellules photoréceptrices. Donc cette région ne perçoit pas la lumière. Dans cette région ce trouve l'artère, la veine central et les nerf optique qui se connecte au cerveau. C'est le lieux ou se fait les principaux échanges entre l’œil et le reste du corps.
  Vers le centre de la rétine ce trouve la macula une région oval et jaunâtre. Et au milieu de celle-ci la zone fovéa est la zone où l’acuité visuelle est à son maximum. C'est un endroit de la rétine qui est composé de beaucoup de cônes.
• La Choroïde et la sclère:
  La choroïde est une couche entre la rétine et la sclère. Ce tissu fourni des nutriments et de l'oxygène à la rétine.
  La sclère est la couche extérieur blanche de l'oeil. Elle est opaque, fibreuse et protège l'oeil

Quelles cellules sont liés à la vision?

Vous devez vous poser la question de la composition de la rétine ; ceci permettra de décrire les différentes cellules qui composent la rétine.

Une cellule ganglionnaire de la rétine est un type de neurone situé dans la rétine de l'œil qui reçoit une information visuelle des photorécepteurs via de nombreux intermédiaires cellulaires tels que les cellules bipolaires, les cellules amacrines, et les cellules horizontales. Les axones des cellules ganglionnaires de la rétine sont myélinisés. La partie myélinisée se situe en dehors de l'œil. Ces axones forment le nerf optique et sont connectés au corps genouillé latéral dans le cerveau. Leur rôle est de transmettre les informations aquisent par les cellules photoréceptrices au cerveau pour qu'il puisse la traiter et nous donner une interprétation de vision.

La cellule amacrine, dans la rétine, est un neurone dont les dendrites s'étendent latéralement et font synapse avec plusieurs cellules bipolaires et ganglionnaires. Elles jouent un rôle d'intégrateur local qui module les signaux transmis par les cellules bipolaires aux cellules ganglionnaires. La morphologie des cellules amacrines est très diversifiée et elles utilisent un nombre impressionnant de neurotransmetteurs. Leurs corps cellulaires sont tous situés dans la couche nucléaire interne et leurs terminaisons synaptiques dans la couche plexiforme interne. En reliant les neurones bipolaires et ganglionnaires, elles forment une route alternative indirecte entre ceux-ci. Les cellules amacrines semblent avoir plusieurs fonctions, la plupart encore inconnues.

Les neurones bipolaires sont un passage obligé entre les photorécepteurs et les cellules ganglionnaires, tant pour la voie directe que pour la voie indirecte faisant intervenir les cellules horizontales. Une cellule bipolaire reçoit des connexions synaptiques directes d’un certain nombre de photorécepteurs situés plus ou moins vis-à-vis elle: de un au centre de la fovéa, jusqu’à des milliers dans la rétine périphérique.

Comme les cellules horizontales sont connectées latéralement à plusieurs cônes, bâtonnets et neurones bipolaires, leur rôle est d’inhiber l’activité des cellules avoisinantes. Cette suppression sélective de certains signaux nerveux s’appelle l’inhibition latérale et son rôle général est d’augmenter l’acuité d’un signal sensoriel. Dans le cas de la vision, quand une source lumineuse atteint la rétine, elle peut illuminer fortement certains photorécepteurs et d’autres beaucoup moins. En supprimant le signal de ces photorécepteurs moins illuminés, les cellules horizontales assurent que seul le signal des photorécepteurs bien illuminés est transmis aux cellules ganglionnaires, améliorant ainsi le contraste et la définition du stimulus visuel.

Les cônes sont des photorécepteurs situés au fond de l'œil, transformant le signal électromagnétique de la lumière en signal nerveux permettant la vision diurne. La vision nocturne est assurée par les bâtonnets.

Formulez une question avant de nous parler des cônes et des bâtonnets

Les cônes sont entre 5 et 7 millions par œil chez l'homme. Ils ne représentent que 5 % du total des photorécepteurs et sont principalement concentrés sur la fovéa, au centre de la rétine, dans le prolongement de l'axe optique. La partie centrale de la fovéa (ou fovéola), sur un rayon de 0,3 mm, ne contient que des cônes. Cette région centrale est dotée d'une grande acuité visuelle. Chaque cône n'y est connecté qu'à une cellule bipolaire, elle-même liée à une seule cellule ganglionnaire. Cette région toute petite se projette ensuite dans le cortex sur une aire mille fois plus grande. Dès qu'on s'éloigne du centre, la densité des cônes diminue très rapidement, le degré de convergence avec les cellules ganglionnaires augmente et l'acuité s'en trouve corrélativement fortement réduite. Cette propriété de restriction de l'acuité à une petite région rétinienne oblige à bouger des yeux sans arrêt pour percevoir clairement les objets intéressants. Le spectre d'absorption des pigments photosensibles de la rétine humaine ; longueur d'onde en nanomètres (nm). Les courbes en couleur concernent les trois types d'iodopsines de cônes, la courbe noire la rhodopsine des bâtonnets. L'homme perçoit une immense variété de couleurs différentes pourtant il ne possède que trois types de cônes ayant une sensibilité plus grande à certaines radiations de longueurs d'onde comprises entre 400 et 700 nm: les cônes (B) sensibles aux radiations de basses longueurs d'ondes ou cônes cyanolabes (437 nm), les cônes (V) sensibles aux radiations de moyennes longueurs d'ondes ou cônes chlorolabes (533 nm), et les cônes (R) sensibles aux radiations de grandes longueurs d'ondes ou cônes érytholabes (564 nm) (ces derniers réagissant d'ailleurs principalement aux radiations provoquant la sensation jaune3). Chaque type de cônes est sensible à des radiations appartenant à un domaine étendu de longueur d'onde , dans la mesure où sa réponse ne fait que refléter le nombre de photons qu'il capte, indépendamment de leur longueur d'onde (le cône rouge capte aussi bien des photons verts de 500 nm, jaunes de 560 nm ou rouges de 650 nm). Un photorécepteur n'est qu'un « compteur de photons ». Les cônes forment une mosaïque avec chaque type disposé de manière aléatoire. Le cône, constitué d'un segment externe où la transduction du signal s'opère, d'un segment interne et d'une terminaison synaptique où un neurotransmetteur est libéré. La fonction des cônes est de convertir l'énergie lumineuse en variation du potentiel électrique de membrane. Cette transduction du signal se fait dans les disques du segment externe grâce à un pigment nommé, iodopsine, molécule composée d'une protéine de la classe des opsines et de rétinène (ou rétinal), un dérivé de vitamine A. Un photon en tombant sur une molécule de rétinène change sa conformation, en la faisant passer de l'état 11-cis en l'état tout-trans. Il s'ensuit une cascade de réactions qui par l'intermédiaire de la stimulation d'une protéine G, aboutit à la fermeture des canaux sodiques et à l'hyperpolarisation de la membrane. Ainsi bizarrement, la lumière qui éclaire un cône ne produit pas sa dépolarisation mais son hyperpolarisation. À l'obscurité, le cône est dépolarisé, avec un potentiel de membrane d'environ −40 mV. Lorsque l'intensité lumineuse augmente, le potentiel de membrane est de plus en plus négatif, jusqu'à atteindre la saturation à −65 mV. Ainsi à l'obscurité, les photorécepteurs sont dépolarisés, un grand nombre de canaux calciques de la terminaison synaptique sont ouverts, entrainant une libération importante d'un neurotransmetteur, le glutamate, par la terminaison synaptique. Et lorsqu'on éclaire l'inverse se produit : la lumière produit une diminution de la vitesse de libération des transmetteurs. Lorsque l'intensité du stimulus lumineux augmente graduellement le taux de libération de glutamate diminue corrélativement.

Texte ci-dessus trop long ; scindez-le en paragraphes introduits par une question

Les bâtonnets, sont des cellules photo-réceptrices très sensibles à la lumière. Ils nous permettent de voir la nuit. Comme leurs pigments sont tous identiques, ils permettent une vision en nuance de gris. Ils détectent la luminosité d'une image. Ces sont des récepteurs incapables de percevoir les couleurs.

Les cônes et les bâtonnets sont donc les deux éléments qui forment la rétine; sans lesquelles nos yeux ne pourraient transférer les bonnes informations qui permettent à notre cerveau de voir les objets.

(cf. annexe)

Comment transformons-nous le stimulus en potentiel action?

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 et dans les cônes. Malgré cela, les mécanismes restent assez similaires, c'est pourquoi ici seul la phototransduction dans les bâtonnets sera décrite. La transduction du signal lumineux se fait différemment le jour de la nuit.

Le jour, les photopigments (la rhodopsine) présents dans les disques des segments externes des bâtonnets, absorbent l'énergie lumineuse. Cette absorption provoque la stimulation d'un enzyme effecteur. Cet stimulation enzymatique va diminuer la concentration en second messager du cytosol, ce qui inactive la GMPc et provoque la fermeture des canaux sodiques. Ce qui engendre la variation du potentiel membranaire. La membrane est donc hyperpolarisée. 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. Ce n'est donc pas la dépolarisation qui va déclencher un potentiel d'action, 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.

La nuit, par contre, le stimulus est reçu par le neurotransmetteur. Ce neurotransmetteur est couplé à la protéine G qui active une enzyme effectrice qui, à son tour, va activer la GMPc. Ceci fait augmenter la concentration en second messager dans le cytosol et de ce fait, provoque 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.

(cf. annexe)