La Vision

II- La vision Cours 3 12 novembre 2005 http://www.zoneflash.net/accueil.php. Année 2005-2006

Plan II.1- Introduction A- Définitions B- Les illusions C- Schéma général des voies visuelles

II.2- Caractéristiques générales de la sensibilité visuelles A- Les stimuli efficaces B- Les seuils de sensibilité C- Adaptation à l’obscurité D- Le champ visuel E- L’acuité visuelle F- Résolution temporelle

II.3- Structure de l’œil et son fonctionnement A- Structure de l’œil B- La rétine C- La phototransduction D- Circuits fondamentaux de la rétine

II.4- Projections visuelles et traitement central de l’information visuelle A- Organisation fonctionnelle des voies de projection B- Traitement au niveau du thalamus C- Arrivée des afférences dans le cortex D- Traitement des couleurs E- Traitement des différentes composantes d’une stimulation visuelle

II.1- Introduction

II.1- Introduction A- Définitions B- Les illusions C- Schéma général des voies visuelles

A- Définitions

La sensibilité visuelle est l’une des modalités sensorielles les plus développées chez l’homme. Elle résulte de la combinaison de plusieurs paramètres: -la brillance -la couleur -la taille -la forme -le mouvement -la profondeur

Cependant, le système optique de l’œil projette une image très réduite de l’environnement sur la rétine. Par ailleurs, la surface de la rétine n’est pas entièrement recouvertes de cellules photoréceptrices. La présence d’une tâche aveugle devrait résulter de la présence de 2 trous noirs (ou sans informations) dans notre champ visuel (exp de Mariotte). Le système optique de l’œil présente des performances médiocres.

L’œil ne fournissant pas d’image claire et précise de l’environnement à notre cerveau, ce dernier doit procéder à une interprétation des impressions visuelles qui arrivent par le nerf optique. Cette interprétation du monde extérieur est basée sur notre expérience. L’œil ne fournit que la base de la perception visuelle. C’est notre cerveau qui fait le travail le plus complexe d’analyse.

Continuité de la taille: La taille de l’image projetée sur la rétine est réduite de ½ si on double la distance par rapport à l’objet. Pourtant, l’objet sera toujours perçu comme ayant la même taille. Continuité de la forme: Les personnes ou les objets identiques que nous connaissons sont toujours reconnus comme tels, de manière indépendante des conditions (luminosité, distorsion, distance…). Le cerveau se sert d’un grand nombre de mécanismes et d’informations (silhouette…) pour parvenir à une perception d’un objet dans son intégrité. Illusions d’optique: Le cerveau se trompe parfois lorsque les informations fournies par l’œil ne sont pas très claires .

D’après Eric Kandel

B- Les illusions Une image est neutre en elle-même, c’est lors du traitement de l’information au cerveau qu’une interprétation erronée peut se produire. Une illusion est une fausse perception de la réalité due à une apparence trompeuse. C’est un mauvais jugement d’une sensation réellement perçue. Les illusionnistes jouent sur ces aspects : Il n’y pas de « magie »,

tout n’est qu’illusion!

Illusions artistiques Il s'agit d'un étrange monde, dans lequel l'image que l'on voit ne correspond pas à la représentation que peut s'en faire le cerveau. Il se produit donc une impression étrange qu'a su exploiter à merveille le célèbre artiste hollandais Maurits Cornelis Escher.

La présence d’indices de perspective impose de percevoir l’un des personnages plus en avant et donc plus petit que l ’autre.

Les illusions optico-géométriques

La mise en relation de grandeur

Ex 5 : la perspective

Les contours subjectifs

Il s'agit d'une illusion permanente, c'est-à-dire que l'image persiste. La figure est composée de deux images, mais on ne peux qu’en voir une à la fois. Il est impossible de les voir en même temps, on peux aller et venir d'une image à l'autre.

Menton de la jeune

Menton de la vieille

C- Schéma général des voies visuelles Cortex CORTEX VISUEL

CORTEX VISUEL ASSOCIATIF

Noyau du corps genouillé latéral

THALAMUS

Nerfs optiques Stimulus (Lumière)

Bâtonnets et Cônes

Cellules Cellules bipolaires ganglionnaires

Rétine

Vue de dessous

II.2 Caractéristiques générales de la sensibilité visuelles

II.2- Caractéristiques générales de la sensibilité visuelles A- Les stimuli efficaces B- Les seuils de sensibilité C- Adaptation à l’obscurité D- Le champ visuel E- L’acuité visuelle F- Résolution temporelle

A- Les stimuli efficaces Longueurs d’ondes en m

La lumière ne correspond qu’à une petite partie du spectre électromagnétique à laquelle l’œil est sensible. Chaque radiation du spectre électromagnétique se caractérise par sa longueur d’onde (λ ). L’œil humain n’est sensible qu’aux longueurs d’onde comprises entre 400 et 700 nanomètres qui constituent donc le stimulus spécifique de la rétine.

Les longueurs d’onde sont interprétées en terme de couleur! Le monde qui nous entoure apparaît comme coloré et nous pouvons distinguer 200 nuances colorées, correspondant à un seuil différentiel de 1,5 nm. C’est subjectif! Cela ne correspond d’en partie à des phénomènes physiques.

390

Violet 430 Indigo 460 Bleu 500

Les couleurs correspondent à des longueurs d’onde particulières de la lumière. Certaines teintes telles que le pourpre ne correspondent pas à des longueurs d’onde du spectre.

Vert Jaune 570 590 Orange610 Rouge 700

3 critères définissent une surface colorée: 1- la teinte : composante chromatique (λ ) 2- la saturation : rapport entre la composante chromatique et la composante achromatique 3- la brillance : échelle de gris (du noir au gris)

B- Les seuils de sensibilité - Seuil absolu : 10-14 watt (quelques photons) au niveau de la fovea - Seuils différentiels : capacité à distinguer les niveaux de gris 30 à 40 - contrastes simultanés:

Le système visuel nous renseigne plus sur la valeur relative que sur la valeur absolue.

C- Adaptation à l’obscurité Eclairement de la région périphérique du champ visuel

Eclairement de la région centrale du champ visuel

Eclairement global du champ visuel

Plus on reste longtemps à l’obscurité, plus le seuil diminue

D- Le champ visuel = espace perceptible des 2 yeux

180° axe horizontal/ 120° axe vertical

D- Le champ visuel

Hémichamps et tractus optique Hemichamp droit: tractus optique gauche Hémichamp gauche : tractus optique droit

E- L’acuité visuelle Résolution spatiale L’acuité visuelle se définie comme le pouvoir séparateur de l’œil

F- Résolution temporelle Défilement d’images toutes les 45 ms, 22 à 25Hz

III.3- Structure de l’œil et son fonctionnement

II.3- Structure de l’œil et son fonctionnement A- Structure de l’œil B- La rétine C- La phototransduction D- Circuit neuronaux de la rétine

A- Structure de l’œil Coupe transversale

Muscles occulomoteurs

Cristallin

Scélorotique

Conjonctive

Choroïde

Canal de Schlemme Humeur aqueuse

Rétine Fovéa ou Tâche jaune

Cornée Pupille

Nerf optique

Iris

Le globe occulaire se compose de 3 couches principales : (1) la sclérotique à l’extérieure semi-rigide (2) La choroïde contenant les vaisseaux (3) La rétine renfermant les photorécepteurs

Appareil photographique

D’après Eric Kandel

extérieur B- La rétine : une partie du cerveau intérieur

19-10-05

Epithélium pigmenté Couche de photorécepteurs

Lumière

Couche nucléaire externe Couche Plexiforme externe Couche nucléaire interne Couche Plexiforme interne Couche ganglionnaire Fibres nerveuses

Fovéa : zone d’activation directe des photorécepteurs

Les photorécepteurs contiennent un photopigment: La rhodopsine 430 nm bleu

530 nm vert

560 nm rouge

3 types de cônes

L’empilement de saccules renferment un photopigment, la rhodopsine.

Modalités sensorielles et supports anatomiques

Exemple: la vision Brillance 3 QUALITES Couleur Profondeur Intensité QUANTITE de la sensation

Vision des couleurs

Couleur additives

Couleur soustractives Filtres

Champ visuel et répartition des photorécepteurs

Densité Millier/mm2

500

250 100

C- La phototransduction

int GMPc

ext Na+

GMPc

Ca2+

GMPc GMPc

Libération Élevée de Glu

Il existe un courant d’obscurité, dépolarisant la membrane. Lorsque le signal lumineux apparaît.

C- La phototransduction

int

ext Na+

GMPc

Faible Libération de Glu

Ca2+

Le taux de GMPc diminue, entraînant Une fermeture des canaux. La membrane s’hyperpolarise. Il en résulte une diminution de la libération de NT.

Variation du potentiel récepteur en réponse De l’absorption d’un photon

Rhodopsine

Rétinal ou rétinème

transducine

Na+ Ca2+

Phosphodiestérase

Guanosine monophosphate3’,5’cyclique

D- Circuits fondamentaux de la rétine

batônnet

cône

Cellules pigmentaires

Jonction gap Cellules bipolaires

Cellules horizontales

Cellules gliales (Müller)

Cellules bipolaires de bâtonnet

Cellules amacrines lumière

Cellules ganglionnaires

Cellules bipolaires dépolarisantes et hyperpolarisantes

dépolarisation

hyperpolarisation

2 populations Cours du 26 octobre

Les CG centre ON sont excitées par les CB centre on

Notion de champ récepteur

Photorécepteurs et Cellules ganglionnaires Le champ récepteur d’une cellule est une région de la rétine où une stimulation lumineuse va faire varier le potentiel membranaire de cette même cellule.

Cellules ganglionnaires Les cellules répondent quand un point lumineux est placé dans une région spécifique de la rétine. Cette région de la rétine (ou de l’espace visuel) où la stimulation lumineuse cause l’excitation ou l’inhibition de la décharge neuronale est le CHAMP RECEPTEUR (CR) de la cellule (Hartline, 1938; Kuffler, 1952).

Les cellules bipolaires sont organisées en champs récepteurs circulaires concentriques

La dimension de ces champs varie en fonction de leur localisation Ex: rétine fovéale

Centre on Pourtour off pourtour du Centre du photorécepteur champ récepteur champ récepteur

Diminution de la libération de Glu augmentation de la libération de NT

Cellule horizontale Cellule bipolaire

Bipolaire ON: dépolarisation lors du passage du faisceau lumineux

Centre on Pourtour off pourtour du Centre du photorécepteur champ récepteur champ récepteur

augmentation de la libération de Glu diminution de la libération de NT

Cellule horizontale Cellule bipolaire

Bipolaire ON: hyperpolarisation lors du passage du faisceau lumineux

Centre off Pourtour on pourtour du Centre du photorécepteur champ récepteur champ récepteur

Diminution de la libération de Glu diminution de la libération de NT

Cellule horizontale Cellule bipolaire

Bipolaire OFF: dépolarisation lors du passage du faisceau lumineux

Centre off Pourtour on pourtour du Centre du photorécepteur champ récepteur champ récepteur

augmentation de la libération de Glu augmentation de la libération de NT

Cellule horizontale Cellule bipolaire

Bipolaire OFF: hyperpolarisation lors du passage du faisceau lumineux

Les CRs des cellules ganglionnaires sont concentriques

centre pourtour

V1

La plupart des CRs dans les premiers étages de la voie visuelle montre un antagonisme centre / pourtour, optimal pour la capture des contrastes.

Les cellules ganglionnaires sont organisées en champs récepteurs circulaires concentriques

Fréquence des PA

Spot petit

Spot large

Spot diffus Les CG centre ON sont excitées par les CB centre on

augmentation de la libération de NT

Cellule ganglionnaire Centre on/ connectée à des cellules bipolaires centre on

diminution de la libération de NT

Cellule ganglionnaire Centre off/ connectée à des cellules bipolaires centre off

3 type de cellules ganglionnaires/ tailles 1- Cellules M (magnocellulaire) : grande cellules périphérie, réponse phasique, CR large, sensibilité au mouvement, vision peu précise des formes 2- Cellules P (parvocellulaire) : très nombreuses (80%) rétine fovéale, taille moyenne, réponse phasique et tonique, CR petits et antagonistes bien marqués, vision des couleurs et haute résolution spatiale 3- Cellules W : petites cellules Rôle de coordination des mouvements des yeux/tête

Opposition de champs

l'opposition rouge / vert renforce le contraste entre ces deux couleurs fondamentales

La rétine: un convertiseur analogique/digital pour la detection de contraste, la detection spectrale et temporelle.

off

on

off

Compression de l’information ou convergence Réduction de l’image

Nerf optique fibre optique (axone)

1M

Cellules ganglionnaires Cellules amacrines Cellules bipolaires Cellules horizontales

130 M

photorécepteurs

centre pourtour

En résumé: - L’œil est un instrument d’optique imparfait - Les cellules visuelles : 2 types avec une distribution non uniforme - Lors de l’éclairement ou de la stimulation : interruption du courant d’obscurité Et hyperpolarisation -Cellules bipolaires ON et cellules bipolaires OFF -Cellules ganglionnaires ON et cellules ganglionnaires OFF - Champs récepteurs de la rétine sont concentriques ou circulaires (contraste centre- pourtour) -Système perfectionné d’analyse des contrastes

Physiopathologie annexe

Test d'Ishihara

Dyschromatopsies Anomalie de la vision des couleurs surtout le bleu, le jaune et le rouge

8% pour le sexe masculin (chromosomes X)

Daltonisme

l’Aniridie Mutation domine +

Iris réduit => pupille ouvert +/+

An-/+

Hypersensibilité à la lumière, avec des conséquences secondaires telles qu ’une fréquence de glaucomes, de cataractes et de cancers des yeux nettement plus élevées

Opacification du cristallin

Cataracte totale visible dans la pupille

Cataracte La zone blanche dans la pupille

Mécanismes d’accomodation : rôle du cristallin Convergence des rayons optiques pour former une image nette sur la rétine

HYPERMETROPIE

L'HYPERMETROPIE EST LE FAIT QUE L'ŒIL SOIT TROP COURT ET LA MISE AU POINT DE L'IMAGE SE FAIT DERRIERE LA RETINE. LA VISION EST DIFFICILE DE PRES ET ENSUITE DE LOIN. L'HYPERMETROPIE PEUT ETRE COMPENSEE AVANT LA PRESBYTIE ET PEUT CREER DE LA FATIGUE OCULAIRE, QUI DEVIENT DE PLUS EN PLUS MANIFESTE AVEC L'AGE.

MYOPIE

LA MYOPIE EST LE FAIT QUE L'IMAGE SOIT MISE AU POINT DEVANT LA RETINE. LA VISION EST FLOUE DE LOIN MAIS BONNE DE PRES. UNE FATIGUE OCULAIRE PEUT SE DECLARER. L'EVOLUTION SE STABILISE GENERALEMENT ENTRE 20 ET 25 ANS

ASTIGMATISME

Image physique

Image perçue

L'ASTIGMATISME VIENT D'UNE DEFORMATION DE LA CORNEE LA MISE AU POINT VERTICALE ET HORIZONTALE SE FAIT EN DEUX POINTS DIFFERENTS. UNE FATIGUE OCULAIRE SURVIENT, DU FAIT QUE LA MISE AU POINT DOIT ETRE DIFFERENTE POUR CHAQUE PARTIE DE L'IMAGE.

II.4- Projections visuelles et traitement central de l’information visuelle A- Organisation fonctionnelle des voies de projection B- Traitement au niveau du thalamus C- Arrivée des afférences dans le cortex D- Traitement des couleurs E- Traitement des différentes composantes d’une stimulation visuelle

A- Organisation fonctionnelle des voies de projection Stimulus lumineux Rétine Cônes et bâtonnets Cellules bipolaires Cellules ganglionnaires Nerf optique Thalamus Noyau géniculé latéral Bandelette optique Cortex Cortex visuel primaire Cortex visuel d’association

A- Organisation fonctionnelle des voies de projection

Rallye cérébral? Depuis la rétine jusqu’aux motoneurones (Latence neuronale courte-valeur typique)

Données anatomiques

D’après Eric Kandel

ORGANISATION TOPIQUE DES PROJECTIONS

ESPACE VISUEL

NIVEAU CENTRAL

POINTS DE L’ESPACE VISUELS PROCHES

NEURONES ANATOMIQUEMENT PROCHES

Les régions sensorielles les plus importantes sur le plan physiologique sont les mieux représentées (+étendues). Ex: région fovéale/ régions rétiniennes périphériques

B- Traitement au niveau du thalamus

THALAMUS

Rétine Rétine nasale Temporale gauche gauche

Rétine Rétine nasale Temporale droite droite

Hémirétines droites et gauches

Projection hémichamp visuel sur hémiencéphale

B- Traitement au niveau du thalamus Cellules P>>>> 4 couches parvocellulaires Cellules M>>>> 4 couches magnocellulaires

CGL

Cellules W>>>> CL

THALAMUS -corps genouillé latéral : CGL -Colliculus supérieurs : CL

Les champs récepteurs sont…

Le traitement au niveau du CGL n’est pas essentiel CR concentrique des cellules ganglionnaires de la rétine.

centre pourtour deAngelis, ,Ozawa, Freeman, TINS, 1995

V1

Dans le CGL, l’antagonisme centre / pourtour est plus résistant aux changements du niveau d’éclairage.

Renforcement du contraste et de la sensibilité au mouvement

II.4- Projections visuelles et traitement central de l’information visuelle A- Organisation fonctionnelle des voies de projection B- Traitement au niveau du thalamus C- Arrivée des afférences dans le cortex D- Traitement des couleurs E- Traitement des différentes composantes d’une stimulation visuelle

Cortex primaire

6 couches Couche 4 profondeur

Intégration des informations

Dans le cortex, l’organisation centre/pourtour est perdue. La connectivité geniculo-corticale et cortico-corticale est responsable de la rupture de symétrie et de l’émergence d’un axe critique d’orientation.

deAngelis, ,Ozawa, Freeman, TINS, 1995

V1

Le cortex visuel primaire est organisé en colonnes verticales. Au moins, trois systèmes columnaires sont dédiés à la couleur, à l’orientation et à la dominance oculaire.

Les trois cartes fonctionnelles sont superposées à la carte rétinotopique. L’intersection de ces cartes représente une hypercolonne contenant quelques 120 mille neurones.

Sites intéressants http://www.perret-optic.ch/optometrie/Vision_des_couleurs/vis-couleur_f.htm http://powercode.net/tpe/2b-retine-fonct.php