Vision Physiologie 13/14

Qu'est-ce qu'un stimulus ?

Le stimulus est facteur qui entraîne une réaction comportementale. Chez l’être vivant, le stimulus entraîne une forme d’excitation . Autrement dit, une activité nerveuse ou musculaire. Le système visuel réagira face à une couleur, le système auditif réagira à un son aigu: c'est le m^me schéma pour tous les sens. Ainsi, le comportement adopté par l’individu face à une situation est la réponse de ce stimulus.

Quel est la nature du stimulus ?

La lumière est une onde capable de se propager dans le vide. En effet, la lumière est un rayonnement électromagnétique dont les longueurs d'ondes sont comprises entre 10*E-6 m (infrarouge) à 10*E-9 m (ultraviolet). La lumière visible ne représente qu'une infime partie du spectre électromagnétiques. Nos yeux sont donc sensibles uniquement entre 400 et 800 nm de longueur d'onde. Notre rétine contient 3 types de récepteurs photochimiques et notre cerveau transforme ceci en couleurs que nous avons appelé rouge, orange, violet etc... Mais il faut bien se rendre compte que le spectre visible contient une infinité de nuances colorées. En mélangeant des lumières colorées, on peut inventer de nombreuse couleurs.

Comment l'information des couleurs est-elle traitée ?

Les informations des couleurs de chaque objet sont traités par les cônes situés sur l'épithélium pigmentaire. Ces cônes contiennent des des pigments visuels qui sont activés par les différentes longueurs d'onde de la lumière.

Elle dépend de trois sous-groupes de cônes :

• les cônes rouges
• les cônes verts
• les cônes bleus

Ces trois couleurs sont les couleurs primaires de la lumière. La couleur d'un objet dépend des longueurs d'onde qu'il réfléchit. Le cerveau alors reconnaît la couleur en interprétant la combinaison des signaux qu'il reçoit par les trois cônes différents. Les spectres d'absorption des cônes bleus, verts et rouges se chevauchent et notre perception des couleurs comme l'orangé, le jaune et le violet résulte de l’activation simultanée, mais plus ou moins prononcée, de plusieurs types de cônes. Par exemple, la lumière jaune stimule les cônes rouges et les cônes verts, mais si les premiers sont stimulés plus fortement que les seconds, nous voyons de l'orangé à la place du jaune. Lorsque tous les cônes sont stimulés avec la même intensité, nous voyons blanc.

ANNEXE C PHYSIOLOGIE

Quel est le parcours de la lumière?

La lumière se propage de manière rectiligne voici son parcours:

Organe sensoriel

• Conjonctive
• Cornée
• Humeur acqueuse
• Iris (pupille)
• Cristallin
• Humeur vitrée
• Rétine
• nerf optique
• Chiasme optique

Système nerveux centrale

• Corps genouillé latéral
• Cortex visuel primaire --> Cortex visuel secondaire
• voie ventrale --> voie dorsale

Quels types de neurones participent au traitement de l’information dans la rétine et quelles sont leurs caractéristiques?

• les cellules ganglionnaires: forment des synapses avec les cellules bipolaires et transmettent potentiel d’action des axones du nerfs optique au cerveau. Les cellules ganglionnaires sont le lieu d’intégration d’excitations et d’inhibitions résultant des nombreux neurotransmetteurs. Elles répondent par l’émission de potentiels d’action. Ce mode de réponse est bien adapté à la propagation de l’information le long des voies visuelles jusqu'aux relais géniculés. Seules leurs fréquences temporelles varient, permettant le codage des caractéristiques de la stimulation. Les potentiels d’action se propagent ensuite plus ou moins rapidement, le long des voies visuelles.

• les cellules horizontales : Neurone de la rétine assurant des interactions latérales entre les photorécepteurs et les cellules bipolaires. Elles assurent, au même titre que les cellules amacrines, l’intégration de l’information avant son acheminement vers le cerveau. Elles ont un pôle récepteur (réception de l’information) et un pôle effecteur (transmission de l’information). Au cours d’un éclairement de longue durée, le taux de glutamate libéré par les photorécepteurs sus-jacents diminue. Les cellules horizontales s’hyperpolarisent de façon graduelle, c'est-à-dire de façon sensiblement proportionnelle à l’intensité de la stimulation, jusqu'à une valeur de saturation qui peut atteindre environ -60 mV. A l’obscurité, les cellules horizontales sont dépolarisées.

• les cellules amacrines : Les cellules amacrines sont les cellules d’association entre le 2ième et le 3ième étage rétinien et elles sont le lieu d’apparition des potentiels d’action. Elles présentent plus d’une vingtaine de variétés morphologiques. A l’obscurité, Les cellules amacrines sont hyperpolarisées. Les cellules amacrines ont un rôle trophique et de régulation dans la croissance et la différenciation rétinienne. Les cellules amacrines pourraient participer à la genèse des potentiels oscillatoires. C’est un mode de réponse par impulsions, de transmission rapide jusqu'au cortex visuel. Les variations de leurs fréquences temporelles et leurs coïncidences temporelles sont importantes pour le codage des caractéristiques de la stimulation selon trois voies.

Quelles couches cellulaire la lumière traverse-t-elle pour arriver aux photorécepteurs?

Avant d'arriver au photorécepteurs, qui se trouvent en arrière, la lumière traversent d'abord différentes couches cellulaire de la rétine. Tout d'abord la couche de cellules ganglionnaires, dont les axones forment le nerf optique, la couche plexiforme interne (ou se trouvent des axones et des dendrites qui proviennent des cellules ganglionnaires, des cellules bipolaires, et des cellules amacrines), la couche nucléaire interne (composée des corps des cellules bipolaires, horizontales et amacrines), la couche plexiforme externe ( formée des terminaisons nerveuses des cellules bipolaires, horizontales et des photorécepteurs), la couche nucléaire externe ( qui contient les corps cellulaires des photorécepteurs), puis enfin la couche des segments externes de photorécepteurs où se trouvent les pigment sensibles à la lumière. Il existe cependant une exception à cette disposition des photorécepteurs dans une petite partie de la rétine dans laquelle les cellules intermédiaires se situe latéralement et les photorécepteurs reçoivent directement la lumière, la fovéa. Cette partie est entourée de la macula.

Les cellules horizontales, qui se connectent aux photorécepteurs et aux cellules bipolaire, et les cellules amacrines, qui modulent l'information entre le cellules bipolaire et les cellules ganglionnaires, agissent aussi sur le signal dans la rétine.

Annexe : Annexe_vision_anatomie_d

ANNEXE A PHYSIOLOGIE

Comment se traduit le stimuli externe en l'influx nerveux ?

Comment la neurorétine capte-elle la lumière ?

Les photons (lumière) arrivent sur la neurorétine, qui, comme mentionnée dans la partie anatomique, est une partie photosensible de la rétine. Ces photons permettent d'initier une activité électrophysiologique, transmise le long des voies visuelles jusqu’aux centres cérébraux pour aboutir à la perception. La première étape de cette transformation est la transduction.

Qu'est ce que la transduction ?
C’est un ensemble de phénomènes physiques et biochimiques qui engendrent des modifications de la polarisation membranaire des photorécepteurs par rapport à celles observées à l’obscurité, et permet ou non la production d'un potentiel d'action. Elle se réalise après capture des photons par les photopigments des bâtonnets et des cônes, qui convertissent cette énergie lumineuse en signaux éléctriques. Ces photorécépteurs changent alors de conformation puis déclenchent une cascade à l’origine de signaux électrophysiologiques.

Quel est l'énergie seuil des photopigments nécéssaire a la dépolarisation de la membrane ?
La rhodopsine, pigment protéique photosensible, est capable d’absorber des lumières de très faibles énergies correspondant, à la limite, à un ou deux photons arrivant sur un bâtonnet : c’est le seuil lumineux absolu. Cette propriété fait des bâtonnets des détecteurs de très faibles et faibles intensités lumineuses à savoir que cette sensation est uniquement en nuance de gris. Le temps de latence de la variation du seuil de polarisation du bâtonnet est de l’ordre de 300 ms ce qui représente un temps d'adaptation cérébral considérable.

Pour le seuil de dépolarisation des cônes, a savoir le seuil mésopique (situations de faible éclairage, mais pas assez sombre), il faut une énergie 1000 fois supérieure à celle du seuil absolu pour que les photons soient captés par les photopigments des cônes. Cepandant, le temps de latence de la variation de polarisation du cône est de l’ordre de 70 ms, beaucoup plus court que celui du bâtonnet.

Cette différence de seuil est liée aux caractéristiques biochimiques de leur protéine G respective (transducine) qui sont différentes. Les protéines G permettent le transfert d'informations à l'intérieur de la cellule. Elles participent ainsi à un mécanisme appelé transduction du signal.

Ce n’est ensuite qu’à partir de niveaux énergétiques 10 millions de fois supérieurs au seuil absolu, c'est-à-dire à des niveaux lumineux photopiques (environnement bien éclairé)que les photons lumineux absorbés par les trois types de cônes sont à l’origine d’une sensation colorée.

Comment se fait la conversion du stimulus à l'oeil ?

Les bâtonnets et les cônes contiennent chacun des pigments visuels. Ces pigments visuels sont composés d'une molécule de rétinal, composant qui absorbe la lumière,et d'une protéine membranaire appelée opsine, liée au rétinal. Cette liaison entre l'obsine et le rétinal leur permet de réagir à l'énergie lumineuse. Il existe plusieurs types d'opsines qui varient en fonction du photorécepteur et la capacité de réception de la lumière dépend du type d'opsine. Les bâtonnets ont leur propre type d'opsine.

Comment se traduit la stimulation des photorécepteurs ?

• 1.Excitation des bâtonnets

Le pigment visuel des bâtonnets est la rhodopsine. Les molécules de ce pigment pourpre sont disposées en une couche unique dans les membranes des milliers de disques des segment externes des bâtonnets.
La rhodopsine se forme et s'accumule dans l'obscurité, au cours d'un enchaînement de réactions. Lorsque la rhodopsine absorbe la lumière, le rétinal change de configuration et se dissocie de l'opsine: on parle de décoloration de la rhodopsine. Si une lumière trop intense persiste, les bâtonnets ne peuvent plus fournir de réponse car ils restent décolorés. On peut se trouver dans cette situation lorsque , par exemple, on sort d'un coup d'un endroit fortement éclairé pour aller dans un endroit très sombre. La lumière présente n'est pas suffisante pour stimuler les bâtonnets.

• 2.Excitation ds cônes

La dégradation et la régénération des pigments visuels des cônes se déroulent essentiellement de la même manière que pour la rhodopsine. Les cônes sont cependant des milliers de fois moins sensibles que les bâtonnets, ce qui signifie qu'ils ont besoin d'une lumière de plus grande intensité pour être activés.
Les pigments visuels des trois types de cônes, comme ceux des bâtonnets, se composent de rétinal et d'opsines. Toutefois, les opsines des cônes différent les unes des autres et de l'opsine des bâtonnets. Suivant les propriétés de l'opsine qu'ils contiennent, les cônes se divisent en trois types sensibles à des longueurs d'onde différentes. Les noms des types de cônes indiquent les couleurs qu'ils absorbent préférentiellement. Les cônes bleus réagissent surtout aux longueurs d'onde d'environ 420 nm, les verts, aux longueurs d'onde de 530 nm, et les rouges, aux longueurs d'onde d'environ 560 nm.

Comment l'information visuelle est-elle traitée?

Le système visuel commence par l’œil puis passe par les axones (fibres nerveuses) des cellules ganglionnaires de la rétine qui se rassemblent pour former le nerf optique. C’est par lui que l’information visuelle, maintenant traduite en influx nerveux, se propage le long du nerf, pour se rendre jusqu'aux différentes structures cérébrales responsables de l’analyse du signal visuel.

L’information visuelle captée par l’œil gagne le cerveau en passant par plusieurs systèmes successifs de traitement de l’information. Lors de ce parcours l'information visuelle est découpée en éléments caractéristiques: la forme, la couleur et le mouvement. Chaque système traite un aspect différent de l’information. Plus l'objet emmeteur est éloigné de l'oeil plus le traitement de l'information par les différents sytèmes du cortex visuel est spécialisé. Ces sytèmes s'associent pour reconstituer une image unique.

Le traitement de l’information visuelle commence dans la rétine même, ou les bâtonnets et les cônes forment des synapses avec des cellules neuronales appelée cellules bipolaires (= neurones de la rétine qui reçoivent les signaux électriques des photorécepteurs et font synapses avec les cellules ganglionnaires). Les bâtonnets et les cônes dépolarisée dans l’obscurité libèrent pour les synapses des neurotransmetteurs (acides glutamiques) sur les cellules bipolaires. En présence de lumière, une hyperpolarisation s’opère et les bâtonnets et les cônes cessent de libérer de l’acide glutamique. Il y a deux types de cellules bipolaires, les cellules light-off qui sont activées par la libération de glutamate dans l'obscurité et inhibées par la lumière, et les cellules light-on. cellules dépolarisée par l’acide glutamique subissent alors une hyperpolarisation et inversement, les cellules dépolarisées subissent une hyperpolarisation.

L'information peut emprunter soit une voie verticale soit une voie latérale, qui traitent de la neteté de l'image et de ses contours.

Comment l'information passe-t-elle par la voie verticale ? Dans la voie verticale,l'information passe directement des cellules réceptrices aux cellules bipolaires pour arriver ensuite aux cellules ganglionnaires.

comment l'information passe-t-elle par la voie latérale ? Les cellules amacrines en assurent l'intégration. Les cellules horizontales transmettent l'information d'un bâtonnet ou d'un cône à d'autres cellules réceptrices du même type et à plusieurs cellules bipolaires. Les cellules amacrines répartissent l'information et la transmettent aux cellules ganglionnaires.

ANNEXE B PHYSIOLOGIE

Sources:

Définition de la vision: http://www.lasik.asso.fr/la-vision

Anatomie+Physiologie oeil: http://www.futura-sciences.com/magazines/sante/infos/dossiers/d/medecine-oeil-vision-dela-vision-667/page/4/

Anatomie et phys

Campbell, 7èm édition, chapitre 40 ; structure et fonction chez les animaux, principes fondamentaux, pp: 1151 à 1155

http://docs.zetudiant.fr/psycho/physio/PSY-PHYSIO-sys_visuel-valat.pdf

http://fr.wikipedia.org/wiki/C%C3%B4ne_%28biologie%29

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