CHAP.IV L’œil et le cerveauet quelques aspects de la vision

Nous vivons dans un monde où les images sont omniprésentes, fixes ou animées, véhiculées par différents médias. Mais ces images

traduisent-elles la réalité du monde qui nous entoure ? Cette interrogation n’est pas nouvelle, elle sous-tendait déjà

le mythe de la caverne de Platon où Socrate démontre à son disciple Glaucon que l'on n'a du monde que des images (les « ombres »)

personnelles limitées par ses propres moyens d'accès à la connaissance du réel.

La représentation visuelle, qui passe par la perception visuelle, est le fruit d’une construction cérébral

Quelles sont les caractéristiques biologiques de l’œil et le rôle du cerveau qui permettent la perception visuelle chez

l’Homme et les autres animaux ?

IV.1 Organisation fonctionnelle de l’oeil1) Organisation de l’œil

Une coupe transversale de l’œil révèle que la première membrane traversée par la lumière est la conjonctive. Il s’agit d’une fine membrane transparente qui couvre le devant de l’œil et se replie pour tapisser l’intérieur des paupières.

La cornée est en continuité avec le blanc de l’œil, ou sclérotique (la paroi dure du globe oculaire et dans laquelle sont insérées des muscles oculaires (pour mouvements du globe oculaire) Située entre la sclérotique et la rétine, la choroïde est une couche richement vascularisée qui assure la nutrition de l'iris et de la rétine. Elle contient de nombreux pigments foncés qui font que l'intérieur de notre œil, visible à travers la pupille, est noir. L’humeur aqueuse et l’humeur vitrée jouent un rôle fondamental dans la focalisation de l’image sur la rétine grâce au phénomène de réfraction.

… en savoir un peu plus.

Le cristallin est formé de cellules vivantes allongées. (lentille vivante convergente)

Il dévie la lumière et la focalise sur la rétine où se

forme l’image il est souple ( en vision de près, il se déforme,

de sorte que l’image se forme sur la rétine :

c’est l’accomodation)Il est transparent car : pas vascularisé avec

au centre ces cellules dépourvues de noyau et d’organites et contenant

des protéines solubles : des cristallines. Cellules jointives, sans espace entre les cellules.

X30000 MEB

NB : Au cours de la vie, cesCellules renouvellent en permanence leur contenu. Ce renouvellement est indispensable à sa transparence.

2) Propriétés du cristallin

MO X400

MO X600

Interprétation schématiqueLa rétine : plusieurs couches de cellules nerveuses interconnectées: une couche de photorécepteurs, une couche de neurones bipolaires, une couche de neurones ganglionnaires

. La répartition des photorécepteurs dans la rétine n’est pas homogène : aucun photorécepteur au niveau de la tâche ou point aveugle, que des cônes au niveau de la fovéa ou tâche jaune , seulement des bâtonnets à la périphérie de la rétine.

Structure de l’oeil: http://www.youtube.com/watch?v=fnEd9PJHBUo

3) Organisation fonctionnellede la rétine

EX1 .recopieret compléter le tableau suivant

EX3 (8,5 pts)

QCM 2 de la page 369 : uniquement les Q : 1, 2, 3, 5

Question 3 p.369

EX2 .recopieret compléter le tableau suivant

/ 7 pts

Commentaires du TP: La rétine est un tissu nerveux complexe formé de plusieurs couches de cellules nerveuses interconnectées.

Les photorécepteurs sont des cellules nerveuses contenant des pigments capables de capter le stimulus lumineux . (Chez l’homme, il existe deux types de photorécepteurs : les cônes (6 millions 5%) et les bâtonnets (100 millions 95%))

Les bâtonnets sont sensibles aux faibles intensités lumineuses alors que les cônes sont sensibles aux lumières colorées et intenses. Les cônes permettent la vision des couleurs le jour et la perception des détails alors que les bâtonnets permettent la vision nocturne en nuance de gris et sans détails (la nuit tous les chats sont gris… )

Dans la rétine humaine: 3 types de cônes diffèrent par le pigment (les opsines). Ces opsines ont une sensibilité différentes aux lumières colorées. On a ainsi des cônes réagissant au rouge ou vert et au bleu. Ils permettent la vision trichromatique de toutes les nuances de couleurs.Les bâtonnets contiennent un autre pigment, la rhodopsine.

Quelles sont les caractéristiques de ces photorécepteurs?

IV.2 Les photorécepteurs : un produit de l’évolution…Et un bon exemple pour étudier les liens de parenté et l’évolution entre les êtres vivants)

1) Dans un tableau de données, définir les caractéristiques biologiques, génétiques et la localisation des gènes codant pour les opsines chez l’Homme. Ressources: Doc 2 et 3 p.352 et 353

pigments Caractéristiques biologiques (spectre d’absorption)

Caractéristiques et localisation génétiques

Titre:

Opsine LMax.d’absorption à 560 nm(rouge) Géne sur chr.sex.X

Opsine M Max.d’absorption à 530 nm(vert)

Gène sur chr.sex.X (en 2 exemplaires)

Opsine SMax.d’absorption à 420 nm(bleu)

Gène sur le chr.N°7

Les caractéristiques biologiques et génétiques des pigments rétiniens (cônes)

Grâce à ces 3 types de cônes contenant 3 types de pigments rétiniens, la visionde l’Homme est dite trichromate (il reconstitue toutes les couleurs du spectre visible)

2) Q.3 p.352 ou préciser l’origine possible des anomalies de la visionRessources: Doc 2 et 3 p.352 et 353

Photos doc 3b analyse Origine possible de l’anomalie

Photo 2

Photo 3

Deutéranopie

Protanopie

Altération de la sensibilité au vert

Le gène de l’opsine Mest absent du chr.X

Altération de la sensibilitéau rouge

Présence d’un gèneHybride LM sur le chr.X

Les cônes visuels humains contiennent des pigments codés par des gènes.Chez les dichromates, l’un des 3 pigments de cônes fait défaut ou il existe un gène Hybride anormal. NB: Les anomalies (en général) de la vision des couleurs sont moins fréquente chez les femmes, puisqu’elles possèdent deux chromosomes X. Animation explicative « La vision des couleurs »: http://www.youtube.com/watch?v=MTDJsbysoqM

Comment expliquer l’évolution de la vision chez les êtres vivants à partir de l’étudegénétique des opsines?

3) Etude évolutive de la famille multigénique des opsinesEn activité complexe évaluée.

Avant de démarrer votre activité… Comment expliquer ces différentes visions ?(la vision des couleurs dépend des pigments (opsines) contenus dans les cellules à cône de la rétine.

le Saïmiri voient la perruche …

Le Chimpanzé, le Macaque et (l’Homme) voient la perruche…

Comment expliquer (génétiquement) que certains êtres vivants ont une vision trichromatique ? (… une opsine de plus)Hypothèse ?

Les opsines sont certainement apparues et se sont accumuléesdans le génome des animaux les unes après les après les autres dans l’évolution. Mais par quel mécanisme ?

Comment vérifier cette hypothèse ?

Les opsines doivent être génétiquement proches (séquences nucléotides des gènes et séquences peptidiques des protéines). Les différences entreles molécules sont le résultat de mutations …

Votre activité personnelle commence ici…

Chr 7

Chr XD = Duplication

D

T M

M

M

M

MM

Famille Multigénique

Les 3 opsines humaines

T = Transposition

M = Mutation

M

D

Le mécanisme génétique de la création de nouveaux gènes

Un gène ancestral commun

Bilan: Les ressemblances entre les séquences nucléotidiques des gènes codant pour les pigments rétiniens « opsines » traduisent une relation de parenté. Les différents gènes dérivent d’un unique gène ancestral qui se serait dupliqué (et transposé) et dont les copies auraient subies des mutations. L’ensemble des gènes issus du même gène ancestral forme une famille multigénique.

IV.3 la perception visuelle et la plasticité cérébraleA) Les voies et les zones cérébrales impliquées dans la vision

Quel protocole pour visualiser les zones cérébrales corticales impliquées dans la vision des couleur ? …

Localisation des zones corticales impliquées dans la vision des couleurs…

Localisation des zones corticales impliquéesdans la vision des couleurs et le mouvement…Une organisation « innée »…

Doc sous

scribe/données

Le patient Y, dont le cortex occipital droit est lésé, présente une perte de vision dans l'hémi-champ gauche de chaque œil.

La patiente Z, dont la zone médiane du chiasma optique est comprimée, manifeste une perte de vision limitée aux deux côtés de son champ visuel.

La patiente X, des objets situés dans la partie gauche du champ visuel ne sont pas pris en compte : on parle d'héminégligence. Il est par ailleurs indiqué que la zone pariétale droite de son cortex a été lésée à la suite de son accident vasculaire cérébral.

BilanAnimation intéressantesle trajet des messages nerveux jusqu'a l’aire visuelle http://www.youtube.com/watch?v=L644mr1p75cLes aires visuelles: http://www.youtube.com/watch?v=A_-SrszUzOY

Le message nerveux issu de l’œil est acheminé au cerveau par le nerf optique. Au niveau du chiasma optique, les fibres nerveuses issues de la rétine nasale se projettent dans l’hémisphère cérébral opposé tandis que celles issues de la rétine temporale se projettent dans l’hémisphère cérébral situé du même côté (Les scientifiques parlent de décussation des voies optiques au niveau du chiasma optique) . Plusieurs aires corticales participent à la vision. L’imagerie fonctionnelle du cerveau permet d’observer leur activation lorsque l’on observe des formes, des mouvements. La reconnaissance des formes nécessite une collaboration entre les fonctions visuelles et la mémoire.

Q2 p.356 avec le Doc 2 p.356, pour vous entraîner… Différentes données cliniques permettent de visualiser les voies visuelles

Expérimentations Trajet des informations visuelles depuis l’œil jusqu’au cerveau

B) Perception et plasticité cérébrale

Eléments de correction (contenus et méthode)

Expliquer et rassurer…

Expliquer l’évolution de cette capacité de lecture en miroir…

Conclusion:

C) Les perturbations chimiques de la visionEffet des drogues sur l’activité cérébrale

Des éléments de correction méthodologiques et scientifiques

Lecture du sujet

Quelle proposition(s) de démarche(s) à adopter pour répondre à votre sujet et avec les supports disponibles ?On en discute ensemble…

Sous quelle forme doit être construite notre réponse?

Captures d’écrans + insertion dans votre synthèse

Eléments de réponse RASTOP

Des éléments de correction méthodologiques et scientifiques

On sait maintenant que la structure spatiale du LSD présente une forte similitude avec la sérotonine, un neurotransmetteur présent au niveau des synapses des réseaux de neurones qui relaient l'information visuelle entre la rétine et le cortex visuel. Le LSD inonde les synapses à sérotonine très rapidement après son ingestion, ce qui explique l'apparition de perceptions visuelles sans lien avec la réalité.

Le THC du CannabisSite à visiter: http://lecerveau.mcgill.ca/flash/i/i_03/i_03_m/i_03_m_par/i_03_m_par_cannabis.html#drogues

entraîne une faible libération de dopamine selon un mécanisme encore mal compris. Les récepteurs au THC (cannabinoïdes) sont présents en forte densité dans le système limbique.

Pour en savoir un peu plus, sans être exigible…

Des études expérimentales ont montré que, rapidement après la prise, de fortes concentrations de LSD se trouvent dans la zone relais des voies visuelles et que les neurones du corps genouillé latéral sont actifs.D'autre part, par des moyens d'imagerie médicale, une activité dans certaines zones cérébrales peut être enregistrée quand le sujet a soit des illusions visuelles soit des hallucinations.

Les drogues provoquent en outre des perturbations cérébrales graves :- « flash-back » ou résurgence d’hallucinations et de crises de panique longtemps après l’arrêt de prise de drogue ;- accoutumance qui se traduit par une diminution de l’effet de la drogue au fur et à mesure des prises, ce qui conduit à augmenter les doses ;- dépendance physique car l’arrêt de la consommation de drogue provoque des troubles importants ;- dépendance psychologique quand la drogue est prise pour continuer à se sentir bien.Ces troubles sont source d’accidents, d’échec

scolaire, professionnel ou sentimental, de marginalisation, etc.