➱ La vision au cours du temps & distribution fiche les échelles du vivant & niveaux d’organisation en SVT conditions de visibilité d’un objet ? dans le champ de vision, suffisamment éclairé, parvient par de milieux transparents sur la rétine

Comment l’Homme perçoit-il le monde ? Qu’est-ce que voir ? Qui voit chez l’individu ?

I / L’ORGANE OEIL DANS LA FONCTION « VISION » : LE SYSTEME CRISTALLIN / RETINE INDUIT UNE PERCEPTION VISUELLE NETTE ET TRANSMET AU CERVEAU DES INFORMATIONS NERVEUSES

A/ Le tissu cristallin, une lentille vivante (AP # 3)

1/ organisation générale de l’organe oeil de mammifère + maquette + légender planche distribuée

http://www.biologieenflash.net/animation.php?ref=bio-0029-3 L'œil est un organe quasi-sphérique organisé en tissus spécialisés : (2,5 cm Ø, m = 7 g) fixation dans cavité osseuse anti-chocs mais l’organe en lui-même = sans os / à cellules à hydrater sans arrêt pour maintien intégrité de fonctionnement tableau suivant à distribuer et juste lire

Chapitre 1

DE L’ OEIL AU CERVEAU : QUELQUES ASPECTS DE LA VISION

qui ? quoi ? pourquoi faire ?

conjonctive membrane transparente

production de mucus intervenant dans la formation du liquide lacrymal et

lubrificateur de l'œil pour éviter sa dessication (dessechement)

cornéeen-avant de la sclérotique, transparente, zone périphérique la plus innervée du corps

( 300 x la peau !), sans vaisseaux (avasculaire)«hublot» d’ouverture de la sclérotique

humeur aqueuse

liquide transparent entre cristallin et cornée (> 99% d’eau)

exerce une pression de maintien de la forme du globe oculaire

(avec l'humeur vitrée )

iris & pupille

en-avant de la choroïde, pigmenté, circulaire, contractile, percé en son centre d’un orifice

de diamètre variable, la pupille couleur variable en fonction des allèles

paternel et maternel reçus (voir 3è) déterminant la nature et quantité de pigments

synthétisée dans ses cellules

diaphragme contrôlant l’entrée quantitative de lumière (analogie appareil

photo) : ajuste avec le cristallin la formation de l’image sur la rétine

cristallin voir plus loin les détails

humeur vitrée ou

corps vitré

gel transparent, formé de 95 % d’eau occupant la majeure partie du volume de l’oeil

maintient la rétine contre la paroi de l’œil

rétine voir plus loin les détails

sclérotique

FINE coque blanche, opaque à la lumière de tissu conjonctif fibreux (contient la

protéine collagene), dense, solide, inextensible chez l’adulte, formant le globe oculaire, jaune chez sujet âgé, légèrement

vascularisée d’épaisseur variable avec l’âge, > 1 mm

d’épaisseur, ouverte en avant par la cornée, prolongée en arrière par le nerf optique.

protection du contenu de l’oeil, maintien de Sa forme (collagène), et Des muscles

qui s’y insèrent + élasticité de l’oeil (fibres élastiques)

1

sclérotique + choroïde + rétine = les 3 tuniques de l’oeil

Quelles sont lES RELATIONS STRUCTURE / FONCTION du cristallin et de la rétine ?

2/ le tissu cristallin possède des cellules transparentes

trajet des rayons lumineux = traversée de 5 milieux transparents avant d’atteindre la rétine : 1/ la conjonctive, 2/ la cornée (contenant très peu de cellules avec environ 10 couches de collagène, protéine de structure inextensible, très abondante dans le corps, présente entre les cellules ) --> 3/ l’humeur aqueuse --> 4/ le cristallin à 10^3 couches de cellules empilées sur 5 mm --> 5/ le corps vitré ou humeur vitrée Constat : pas de vaisseaux sanguins et contenu des cellules traversé homogène transparent qui sont donc responsables de la transparence => donc les rayons lumineux ne sont ni dispersés, ni réfléchis, ni absorbés

cristallin = tissu :

- 1/ enveloppé par une membrane acellulaire - 2/ au dessous, à l’avant, à couche de cellules cuboïdes se divisant chez l’individu jeune, repoussant vers l'intérieur les

cellules plus anciennes (migration) - 3/ comparable à un oignon à couches concentriques de fibres (cellules) d'un pôle à l'autre du cristallin, hexagonales en CT

où chaque couche est approximativement perpendiculaire à la lumière entrant dans l’œil. L’empilement très étroit des fibres ne laisse que peu d’espaces intracellulaires empêchant une dispersion des rayons lumineux.

Durant migration, ces cellules en ruban (ou en lames) :

- 1/ s'allongent jusqu'à atteindre les pôles antérieur et postérieur du cristallin puis - 2/ perdent ensuite leur contenu (organites comme le noyau ,compartiments des cellules à rôles précis, voir 2nde) Le noyau subit de nombreux changements : la structure de la chromatine s’altère progressivement et la membrane nucléaire est modifiée dans un processus proche de l’apoptose - 3/ ont un cytoplasme (partie centrale du cristallin) à > 90% de protéines, les cristallines, formant un gel très homogène et

totalement transparent - 4/ ont pour assurer leurs échanges (eau, ions, glucose, déchets) avec les humeurs vitrée et aqueuse, 2 types de canaux,

qui assurent aussi l'adhésion cellulaire : les aquaporines (passage d’eau entre les cellules) et les connexons qui (passage des molécules carburants et ions entre les cellules)

- Ainsi, les propriétés des cellules du cristallin sont :

- a/ = le non-remplacement - b/ une multiplication limitée dans le temps : de nouvelles cellules se forment et s'ajoutent en périphérie du stade

d'embryon et cela s’arrête vers 20 ans - c/ une durée de vie exceptionnelle : sans vaisseaux ni organites, elles peuvent cependant rester fonctionnelles toute la vie

(> 100 ans) sans mort ni turnover !

➱ Rappels de SPC (à distribuer)

3/ le cristallin permet l’accommodation visuelle

a/ modification de son diamètre

Les muscles ciliaires du corps ciliaire, partie avant de la chroroïde, forment un anneau relié au cristallin par des ligaments suspenseurs, tenseurs, nommés la zonule de Zinn.

https://www.youtube.com/watch?v=7P0-LDEkYXY

choroïde enveloppe vasculariséemaintien de l’oeil en chambre noire

(absorbe les rayons ayant échappé a la retine)

qui ? quoi ? pourquoi faire ?

2

b/ modification de son épaisseur

La distance focale de l'œil est maximale (17 mm pour l'œil humain) quand les muscles ciliaires sont au repos : dans ces conditions, l'œil n'accommode pas et on peut voir des objets situés à une distance maximale appelée punctum remotum, qui est infinie pour un œil normal (œil emmetrope). La distance focale de l'œil est minimale quand les muscles ciliaires sont contractés : l'œil accommode : on peut alors voir nettement des objets situés à une distance minimale = punctum proximum = moins de 25 cm pour un œil normal moyen. Remarque : on parle de "distance focale de l'œil" et non de celle du cristallin car l'œil est un système optique formé de plusieurs milieux convergents (cornée, humeur aqueuse, cristallin, humeur vitrée). En revanche, l'accommodation dépend uniquement du cristallin. PP = Punctum Proximum = faible chez les enfants, ↗ régulièrement avec l'âge Chez les Poissons, le cristallin ne change pas de forme et reste constamment sphérique : l'accommodation se fait par déplacement du cristallin et non pas par déformation http://clemspcreims.free.fr/Simulation/Accommodation.swf

4/ anomalies du cristallin et défauts visuels

état des muscles ciliaires

diamètre cristallin conséquences

relâchésØ max : ligaments suspenseurs tendus et exercent des tractions

sur le cristallinforme aplatie ↘ pouvoir de convergence =>

accommodation de plus loin

contractés Ø réduit : ligaments suspenseurs détendus : ↘Ø cristallin

forme bombée ( car élastique) ↗ pouvoir de convergence => vision de plus près

3

https://sites.google.com/a/enplusducours.com/en-plus-du-cours/1ere-l---cours-et-documents : animations 1 & 2

la myopie l’hypermétropie la presbytie la cataracte l’astigmatie

Si cristallin trop

convergent (distance focale au

repos trop courte) :

image d'un objet à

l'infini se forme avant la rétine : vision de

loin perturbée.

Remarque. L'œil myope

peut être aussi trop

profond avec un cristallin normal. Cela

donne le même

résultat.

Si cristallin pas assez

convergent (distance focale au repos trop

grande) : image d'un objet à

l'infini se forme en

arrière de la rétine : l'œil accommode

alors en vision de loin or

l’accommodation a des limites, la vision de près

peut être perturbée.

Remarque. L'œil hypermétrope

peut être aussi trop peu

profond avec un cristallin

normal. Cela donne le même

résultat.

Vers 45 ans : cristallin perd peu à peu son

pouvoir d'accommodation : le punctum proximum se rapproche du punctum

remotum. Le sujet doit progressivement éloigner

les textes qu'il lit mais sa vision de loin n'est pas

affectée.

Remarques :

- un myope n'aura pas besoin, pendant un certain

temps, de corriger sa vision de près qui était meilleure que la moyenne (par contre

sa vision de loin ne s'améliorera pas)

- dans certains cas, la presbytie révèle une

hypermétropie qui, si elle est légère, peut être

compensée par un effort d'accommodation. Avec

l'âge, la capacité d'accommodation

diminuant, l'hypermétropie se

révèle. La presbytie est alors précoce.

conséquence d'une opacification du cristallin

Les cellules en ruban ne possèdent plus ni l'information génétique ni les organites

pour renouveler les cristallines.

avec le temps : accumulation de micro-lésions ainsi que les dommages causés par

les rayons UV ou par diabète = irréversibles : les cristallines finissent

par précipiter. perte de connexons => manque d’adhérence,

accumulation de déchets et défauts de transport de l’eau qui envahit les espaces intercellulaires => détachement les unes des autres => la lumière ne traverse plus

librement le cristallin => cataracte (> 1 personne/ 5 > 65 ans, > 1 / 3 à partir de 75

ans et 2 / 3 après 85 ans).

caractéristiques : baisse de la vue, impression de brouillard, éblouissement à

la lumière vive. cause de près de 40 % des 37 millions

d'aveugles dans le monde = 1ère cause de

cécité dans le ⅓ monde.

Seul traitement efficace = chirurgie : on enlève le cristallin opaque et on le

remplace par un cristallin artificiel : le pouvoir d'accommodation est perdu mais les prothèses récentes peuvent compenser ce

handicap.

Claude Monet (1840-1926) : peintre impressionniste.

Installé à Giverny où il crée, en 1890, un jardin d'eau avec le bassin aux nymphéas

qu'il peint plusieurs fois à partir de 1897. quand les 2 yeux du l'artiste sont atteints par la cataracte : les teintes s'accentuent dans les rouges et les jaunes, les bleus

ont tendance à disparaître, les détails s'estompent

inégales courbures de

la cornée

4

BILAN SUR LE TISSU CRISTALLIN :

➱ Le cristallin est l’un des systèmes transparents de l’oeil humain. Il est formé de cellules vivantes qui renouvellent en permanence leur contenu : les modalités de ce renouvellement sont indispensables AU MAINTIEN DE sa transparence. Des anomalies de forme du cristallin expliquent certains défauts de vision. Avec l’âge PAR EXMPLE sa transparence et sa souplesse peuvent être altérées.

B/ La rétine, un tissu photosensible à l’origine de messages nerveux sensitifs ( AP# 4 et 5 des Mardi 3 et 10 Octobre) Constats :

Histoire des Sciences : depuis le XIXè siècle, en mélangeant RVB (Rouge/ Vert/ Bleu) en proportions variables => obtention de toutes les couleurs => théorie trichromatique telle qu’il existe 3 types de détecteurs rétiniens (physicien britannique Thomas Young, 1801)

1/ un tissu à 3 types de couches cellulaires

https://www.youtube.com/watch?v=kKbMxt1u8nI

coupe de rétine humaine x 400 :  (AP # 4), tissu sensoriel de l’oeil, membrane tapissant le fond de l’œil, constituée de neurones interconnectés où se forme l’image d’un objet = film, pellicule photo, écran de formation les images des objets observés dans le champ visuel

➱ voir correction en couleurs de la coupe observé en classe : http://lewebpedagogique.com/brefjailuleblogduprofdesvt/files/2015/09/Sans-titre-2.pdf

condition d’intensité

lumineuse de l’environnement

de l’individu

phénotype visuel de l’individu Hypothèse interprétative

faible on ne distingue pas les couleurs des objets qui, en plus, apparaissent imprécis

il existe au niveau de cette plaque photographique qui impressionne la

lumière et qu’est la rétine 2 systèmes : l’un fonctionnant en faible éclairement,

l’autre en fort éclairementforte

- on distingue bien les couleurs des objets et beaucoup mieux les détails

qu’en faible éclairement

5

fiche méthodologique : Comment réussir un dessin d’observation en SVT ? : http://lewebpedagogique.com/brefjailuleblogduprofdesvt/2013/10/14/comment-realiser-un-dessin-dobservation/

rétine = tissu à 3 couches cellulaires principales :

➱ donc la lumière doit traverser 2 couches avant d’atteindre les photorécepteurs et les stimuler : le message nerveux naissant de cette stimulation se propage alors en sens inverse, des photorécepteurs vers les neurones multipolaires logiciel oeil et la vision (P.Perez), menu photorécepteurs (voir AP # 5)

quelques chiffres : pour chaque œil humain : rétine = disque de 42 mm Ø, d’épaisseur entre 150 µm au centre de la macula (fovéa) et 400 dans la rétine périphérique, 100 millions de bâtonnets et 6 millions de cônes soit 106 x 10^6 photorécepteurs.

Comment perçoit-on les couleurs ?

2/ les photorécepteurs : les cônes et les bâtonnets

Activité 2 : 2/ expérience (AP # 5) :

• vision centrale : perception colorée forte, peu de perception de l’intensité lumineuse • vision périphérique : perception colorée faible, perception de l’intensité lumineuse plus importante

remarque : il existe des différences de potentiels électriques de part et d’autre de la membrane plasmique = « trains » de signaux ( = potentiels d’action= PA) après absorption des radiations lumineuses par les pigments des photorécepteurs => on a un codage en

couche 1 = photorécepteurs couche 2 = neurones bipolaires

couche 3 = neurones multipolaires =

cellules ganglionnaires

structure

cellules réceptrices sensorielles, la plus éloignée du

cristallin de la vision cônes et bâtonnets qui

contiennent un pigment rétinien protéique, l'opsine (ou ionopsine,

associé au rétinal) = à axones en contact avec les

neurones bipolaires

auxquelles s'ajoutent cellules horizontales +

cellules amacrines, à axones en rapport avec les dendrites et corps

cellulaires des cellules multipolaires

(ganglionnaires)

à l'origine des fibres du nerf optique

fonction

seules cellules rétiniennes excitables par la lumière, = lieu

de naissance des messages nerveux

transmettre et sommer les messages reçus des

photorécepteurs vers les cellules multipolaires

acheminer au cerveau le message nerveux généré par les stimuli visuels à

un instant t

6

1 neurone type : 1 corps cellulaire + prolongements cytoplasmiques (dendrites, axone) : une zone réceptrice (dendrites et corps cellulaire) recevant messages d’autres neurones + région émettrice où élaboration du message (base de l’axone) puis conduction le long de cet axone jusqu’à des contacts avec d’autres neurones (voir plus tard dans le cours, ex de l’action du LSD)    

modulation de fréquence de PA (voir logiciel L’oeil et la vision, AP # 4). Le décalage des 2 enregistrements à la surface de la rétine et à la surface du nerf optique indique la propagation du message dans le nerf optique après passage par cellules bipolaires puis ganglionnaires

➱ les photorécepteurs traduisent les stimuli visuels lumineux en signaux électriques (PA) à l’origine du message nerveux transporté par le nerf optique (conversion lumineuse => électrique)

Les Vertébrés ont une rétine inversée (car on pensait y voir les photorécepteurs en position le plus en avant des 3 sous-couches cellulaires rétiniennes, leur 3è position depuis l’avant de l’oeil semble liée à une sélection naturelle sur la base d’une protection de l’oeil vu le maintien de transparence qu’elle soit en position 1 ou 3) : les rayons lumineux qui traversent l'œil doivent donc traverser la couche de fibres nerveuses et plusieurs couches cellulaires avant d'atteindre les photorécepteurs (l'épaisseur de la rétine est de 400 µm). Cela est possible car la rétine est transparente. interprétation du graphique Document 3  AP # 4 : 

macula  = tache jaune/ nombre de cônes et de bâtonnets suivant l’angle d’excentricité par rapport à l’axe optique au centre de l’oeil : axe optique : 1,5 mm diamètre = macula avec fovéa au centre (dépression : que des cônes)

• plus on s’éloigne de la fovéa, plus l’excentricité augmente, la densité en cônes diminue et donc l’acuité visuelle • zone X = point aveugle : départ du nerf optique (voir AP # 2)

Il existe 2 types de photorécepteurs : les cônes et les bâtonnets, que l’on distingue au MET (G > 1000) par leur segment externe contenant un grand nombre de disques contenant eux-mêmes un grand nombre des molécules, des photopigments (pigments sensibles à le lumière) : ceux qui l’ont en forme de cône ont été appelés photorécepteurs à cônes et ceux en forme de bâtonnet photorécepteurs à bâtonnets.

NB : Chaque disque de segment externe contient des milliers de pigments identiques rétiniens formés chacun de l’association de 2 molécules : une opsine (protéine : opsine rouge, pour les photorécepteurs à cône rouge, verte pour ceux à cône vert et bleue pour ceux à cône bleus / rhodopsine pour les photorécepteurs à bâtonnet ) et le rétinal non protéique synthétisé à partir de la vitamine A

a/ Représentation moléculaire d'un pigment rétinien (juste à lire)

Quand le rétinal absorbe la lumière, sa conformation ( forme en 3D) change ce qui entraîne un changement de celle de l'opsine. Il en résulte une cascade de réactions chimiques conduisant à la transformation du stimulus lumineux en

cônes bâtonnets

structure

segment externe : en forme de cône segment interne : à organites

classiques pigment : opsine R, V ou B

=> cônes R,V et B

segment externe : en forme de bâtonnet segment interne : à organites classiques pigment : rhodopsine qui absorbe toutes les longueurs d'onde du spectre de la

lumière visible et n'interviennent pas dans la vision des couleurs

nombre 6,5 millions / oeil 100 millions / oeil

répartition surtout en zone centrale surtout en zone périphérique

fonction perception colorée pas de perception des couleurs

sensibilité

fonctionnel en éclairement plus important (vision diurne) : sensibilité

bien plus faible => seuil de stimulation élevé

fonctionnel en faible éclairement (vision crépusculaire) : très élevée ( x 1000 celle des cônes) => seuil de stimulation faible

schéma de l’ultrastructure

7

message nerveux conduit par le nerf optique : c'est la phototransduction. Cette situation (état activé) est instable : le rétinal et donc l'opsine reprennent spontanément leur conformation d'origine (état passif).

b/ Spectre d'absorption des photorécepteurs de la rétine (juste à lire)

Selon l'opsine, on distingue 4 types de pigments rétiniens absorbant chacun dans une gamme de longueurs d'ondes différente et donc 4 types de photorécepteurs : chaque cellule photoréceptrice ne contient qu'un seul type de pigment, c'est à dire un seul type d'opsine, le rétinal étant identique pour tous les pigments. Remarque : c'est le rétinal qui absorbe les photons mais la gamme de longueurs d'ondes absorbée dépend de la nature de l'opsine. - Il existe 1 seul type de bâtonnet car ils contiennent tous le même pigment (la rhodopsine) qui absorbe toutes les longueurs d'onde du spectre de la lumière visible (avec cependant un maximum vers 498 nm). Les messages nerveux provenant des bâtonnets sont donc perçus en noir et blanc. Il existe 3 types de cônes contenant chacun un pigment différent : - l'opsine S permet l'absorption dans le bleu (maximum d'absorption : 420 nm) S pour Short waves - l'opsine M permet l'absorption dans le vert (maximum d'absorption : 530 nm) M pour Middle waves - l'opsine L permet l'absorption dans le rouge (maximum d'absorption : 560 nm) L pour Long Waves

On qualifie donc les cônes de S, M et L (respectivement bleu (B), vert (V) et rouge (R)) selon l'opsine qu'ils contiennent. Les lettres conventionnelles S, M et L proviennent des mots anglais Short, Medium et Long Wavelenght, qui correspondent respectivement aux courtes, moyennes et grandes longueurs d'ondes.

Les spectres d'absorption des pigments se chevauchent. Pour une longueur d'onde donnée, les 3 types de cônes sont stimulés, mais à différents degrés : cela permet la perception des couleurs

intermédiaires. (voir AP # 5 : Logiciel De Visu)

Les bâtonnets permettent la vision crépusculaire : la régénération (retour à l'état stable) de la rhodopsine ne s'opère qu'à l’obscurité. Si une lumière intense persiste, la rhodopsine reste activée et les bâtonnets sont saturés ne peuvent plus fournir de réponse : les cônes prennent alors le relais. Les cônes ont besoin de davantage de lumière que les bâtonnets pour être stimulés 100 à 1000) et n'interviennent donc pas dans la vision nocturne mais leurs photopigments opsines peuvent se régénérer (retour à l'état passif) à la lumière ce qui permet la vision diurne. http://www.sciences-animations.fr/media/media_seul.php?media=26

La rétine centrale ou macula (ou tache jaune) est dans l'axe optique et occupe un champ circulaire de 6 mm : les vaisseaux sanguins de la choroïde convergent en un point qui est aussi le point de départ du nerf optique. Le centre de la macula, la fovéa, à l’excentricité nulle, est une dépression de 200 µm de diamètre où s’observe un déplacement latéral des neurones et des fibres nerveuses : seuls y demeurent les photorécepteurs à cônes qui, du fait de la faible épaisseur de la rétine à ce niveau (cônes concentrés moins long que les bâtonnets), reçoivent davantage de lumière. Remarque : on note l'abondance des cellules ganglionnaires au niveau de la macula.

Les fibres nerveuses qui tapissent la face interne de la rétine traversent les enveloppes de l'œil pour former le nerf optique. Cela entraîne l'interruption de la couche de photorécepteurs et marque le point aveugle où il n’y en a pas (pas de cellules photosensibles capteurs de stimuli lumineux à cet endroit => pas de vision possible)

Activité 3 Document 3 (AP # 4)

NB : lutéine (caroténoïde par l’alimentation pour renouveler la tache jaune (fovéa) avec le xanthophylle zéaxanthine)

valeur d’angle (en

degrés)

zone correspondante rétinienne cellules visuelles

0 fovéa (tache jaune) cônes : densité maximale (160 000.mm-2)

0 à 10 bord de la fovéa moins de cônes, plus de bâtonnets

10 à 20côté nasal : point aveugle

côté temporal

rien cônes peu nombreux, max de bâtonnets ( 160

000.mm-2)

20 à 30rétine périphérique

bâtonnets peu nombreux, cônes nombreux

30 à 70 cônes peu nombreux, bâtonnets peu nombreux

8

constat : vision sur les côtés = pas terrible, on a plus tendance à centrer les objets observés en face de nous : pourquoi ?

➱ La discrimination (distinction) des détails en périphérie est imparfaite car des centaines de photorécepteurs sont reliés à 1 seule cellule bipolaire et plusieurs bipolaires à une seule multipolaire : c’est le phénomène de convergence périphérique des réseaux ➱ l’acuité est beaucoup plus importante en vision centrale (fovéa) qu’en périphérie en raison d’une relation sans convergence :

• à la fovéa :             1 photorécepteur    ➱   1 neurone bipolaire       ➱ 1 neurone multipolaire (relation 1/1/1) • près de la fovéa : 10 photorécepteurs ➱   5 neurones bipolaires   ➱ 1 neurone multipolaire (relation 10/5/1) • en périphérie :    200 photorécepteurs ➱ 10 neurones bipolaires  ➱ 1 neurone multipolaire (relation 200/10/1)

faible éclairement fort éclairement

seuls les bâtonnets sont fonctionnels : le grand nombre de disques de leur segment

externe et les propriétés de leur pigment, la rhodopsine, les rendent 1000 fois plus

sensibles à la lumière que les cônes la rétine périphérique, riche en bâtonnets, est

donc la rétine fonctionnelle en faible éclairement

la perception des couleurs est alors impossible, car les bâtonnets ont un pigment

commun, la rhodopsine, qui absorbe les photons avec un maximum d’absorption à 498

nm tous les bâtonnets stimulés répondent de la même façon aux mêmes longueurs d’onde donc

pour une intensité lumineuse donnée, la réponse d’un bâtonnet, qui dépend du nombre de photons absorbés, est le même pour une

radiation de longueur d’onde de 450 nm (bleu-violet) que de 540 nm (vert-jaune) => pas de

discrimination des couleurs

seuls les cônes sont fonctionnels : il en existe 3 qui différent par leur pigment :

- cônes bleus à opsine «bleue» à absorption max à 437 nm, bleu-violet, pigment S

- cônes verts à opsine «verte» à absorption max à 533 nm, vert, pigment M

- cônes rouges à opsine «rouge» à absorption max à 564 nm, jaune-rouge, pigment L

chaque type de cône ne peut isolément adresser un message spécifique d’une couleur précise : par exemple,

un cône va émettre le même message pour des radiations assez peu intenses qu’il absorbe beaucoup et des

radiations plus intenses qu’il absorbe moins (l’absorption photonique sera la même). Mais un message

venant de l’activité de 3 types de cônes sera, indépendamment de l’intensité lumineuse,

caractéristique d’une longueur d ‘onde et donc d’une couleur précise : qu’un seul type de cône ou que

plusieurs soient concernés, le message résultant ne sera jamais équivoque.

9

1/ ci-contre

2/ la perception colorée est maximale en vision centrale remarque : 1 champ pour chacune des 3 couleurs B > R > V

3/ pas de vision colorée en vision périphérique

4/ les photorécepteurs sensibles aux couleurs sont les cônes sur la rétine centrale : les photorécepteurs sensibles à l’intensité lumineuse sont les bâtonnets sur la rétine périphérique remarque : dilatation de la pupille la nuit au contraire de la fermeture de la pupille le jour

1/ sensibilité des bâtonnets aux faibles éclairements > celle des cônes (spectre visible lumière blanche 400 à 800 nm) 2/ 1 & 2 : 3 types de cônes selon leur sensibilité aux différentes longueurs d’onde

ils absorbent toutes les radiations :

- 1er groupe de réponse max : 550 - 700 nm = pour les radiations rouges (10^3 lux, max : 580 nm) - 2è groupe réponse max : 500-600 nm (10^3 lux, max : 550 nm) - 3è groupe : réponse max : 400 - 500 nm (10^4 lux, max : 450 nm) pour les radiations bleues

comme champ visuel = 3 champs différents la perception des teintes IR résulte de la somme,de 2 voir 3 types de cônes

un seul type de bâtonnet avec une sensibilité min > 0 aux cônes (1 lux) max sensibilité à 500 nm ils sont précieux en vision crépusculaire car eux seuls peuvent être stimulés par faibles éclairements quand éclairage faible, nous distinguons sans couleurs (la nuit, tous les chats sont gris) NB : d’ailleurs chats bcp plus de bâtonnets et beaucoup moins de cônes que nous (animal nocturne) + tapetum (membrane réfléchissante tapissant fond de l’oeil qui accentue aptitude à voir dans le noir) rapaces à 2 fovéas

La rétine est une structure complexe qui contient les photorécepteurs, cellules photosensibles et récepteurs sensoriels de la vision. Chez l’homme, elle contient des cônes permettant perception colorée (3 types respectivement sensibles majoritairement au B, V et R) et les bâtonnets sensibles  à Ides intensités lumineuses plus faibles.

3/ une chaîne neuronique permet la transmission du message visuel sous forme nerveuse électrique (cf planche)

Les bâtonnets et les cônes communiquent avec les neurones bipolaires qui, à leur tour, communiquent avec les cellules ganglionnaires. Les cellules horizontales et les cellules amacrines assurent une communication latérale (permettent l'intégration de l'information avant son acheminement au cerveau). La rétine ne rediffuse pas l'image, mais la transforme en message nerveux acheminé vers le cerveau par les fibres nerveuses issues des cellules ganglionnaires qui forment le nerf optique. Le message nerveux au sens strict ne nait véritablement qu'à partir des cellules ganglionnaires : il est codé en modulation de fréquence de signaux électriques qu’on appelle des potentiels d’action. Les mécanismes de communication entre les cellules de la rétine sont complexes et hors programme. Le temps nécessaire pour que ces processus chimiques se réalisent est d'environ 45 ms : cela entraîne le phénomène de persistance rétinienne qui fait que 2 images se succédant rapidement apparaissent en continu (principe du cinéma : 24 images.s-1 : 41 ms entre chaque image … et de la télévision). ➱ animation logiciel « l’oeil & la vision»

pathologie du nerf optique : le glaucome maladie dégénérative du nerf optique entraînant une perte progressive de la vision : elle débute en périphérie et progresse vers le centre, souvent associée à une pression intra-oculaire élevée comprimant et endommageant les fibres du nerf optique et de la rétine. Dans d'autres cas, malgré une PIO normale, une circulation sanguine inadéquate entraîne la mort (nécrose) des cellules du nerf optique et de la rétine. La perte de vision associée au glaucome est permanente et irréversible. Sans traitement, cette maladie peut mener jusqu'à la cécité.

a/ Les champs récepteurs

1953 : Kuffler : observer l’activité électrique de réponses des cellules ganglionnaires à un stimulus lumineux avec une électrode placée dans la rétine, permettant d’avoir accès à son activité électrique. On observe alors les potentiels d’action lors de la stimulation du champ visuel par des points lumineux. résultats: - il existe une zone en dehors de laquelle la cellule ne réagit pas, que l’on appelle le champ récepteur - la réponse est différente à l’allumage ou à l’extinction d’une lumière. On distingue les réponses ON et OFF. La réponse

ON correspond à la détection d’une augmentation de l’intensité lumineuse donc à l’allumage, la voie OFF une diminution à l’extinction. Ces deux grandes voies sont conservées jusqu’au cortex. C’est ce processus qui permet de détecter le contraste

- à la périphérie du champ récepteur, sur une couronne, on a pu observé la réponse opposée à celle de la zone centrale

En moyenne (exception : la fovéa) : chaque cellule bipolaire est reliée à plusieurs bâtonnets ou à plusieurs cônes et chaque cellule ganglionnaire reçoit des informations de plusieurs cellules bipolaires (convergence). Pour 100 x 10^6 photorécepteurs dans chaque rétine, nous possédons seulement 10^6 cellules ganglionnaires (100 fois moins). Tous les bâtonnets et les cônes qui envoient l'information à une même cellule ganglionnaire (via les cellules bipolaires, horizontales et amacrines) forment le champ récepteur (circulaire) de cette cellule. Les cellules ganglionnaires de la fovéa, qui ne contient que des cônes, ont des champs récepteurs beaucoup plus petits que celles de la périphérie, contenant des bâtonnets. Cela a 2 conséquences :

- 1/ l'acuité visuelle (capacité à séparer 2 points) est améliorée à la fovéa de jour car chaque fibre nerveuse du nerf optique concerne une petite surface de réception photosensible

- 2/ la sensibilité de la rétine périphérique est améliorée de nuit car les stimulations de chacun des bâtonnets reliés à une même fibre nerveuse s'additionnent : on parle de sommation spatiale.

Il y a davantage de cellules ganglionnaires à la fovéa. Le pouvoir séparateur est la valeur limite de l'angle permettant de séparer 2 points : chez l'Homme, il est de 1 minute : il est quantifié par son inverse : l'acuité visuelle. Chez l'Homme, l'acuité visuelle moyenne est de 10/10e ce qui correspond à la séparation de 2 points sur la rétine d'environ 5 µm (il est donc possible d'avoir une acuité visuelle supérieure à 10/10e ). Un faucon possède 1 000 000 cellules.mm2 de fovéa, son acuité visuelle est 8 fois supérieure à la nôtre. Il possède de plus 2 fovéas dans chaque œil : l'une reçoit la lumière de front, l'autre la reçoit de dessous. En vol, le faucon voit en même temps ce qui se passe devant lui et ce qui se passe au dessous. Il peut ainsi diriger sont vol et repérer en même temps une proie au sol.

Comment peut-on évaluer le champ visuel ? Activité 3 AP # 5

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b/ l’acuité visuelle de la rétine

acuité visuelle : capacité à discerner un petit objet (= optotype) situé le plus loin possible  = maximale au niveau de la fovéa (à condition que l'éclairement soit suffisant). => lors d'une activité de précision comme la lecture, le sujet recherche le bon éclairement et bouge sans arrêt les yeux de manière à diriger les fovéas des 2 yeux vers les caractères regardés.

remarques : durant un examen ophtalmologique : acuité visuelle se mesure de loin, de près ou à une distance IR selon les besoins et les possibilités.

pouvoir séparateur de l'œil = faculté à discerner 2 points distincts (donc avant de ne plus en voir qu'un seul) = directement en rapport avec la qualité des récepteurs visuels de la rétine et surtout des bâtonnets. (un peu comme la qualité de finesse du grain d'une pellicule photographique).

fonctionnement correct des cônes cependant très important : personnes atteintes d'achromatopsie congénitale, où cônes ne fonctionnent pas, acuité visuelle comprise entre 1/20 et 2/105), faible ! = acuité visuelle nocturne

acuité visuelle = f(optotype : (lettres, chiffres, dessins d'objets, anneaux ouverts de Landolt, E orientés, etc.)

pour une même taille d'optotypes, parfois des surprises : A reconnu mais pas une maison dessinée

Chez l'enfant avant l'âge de la parole : mesure l'acuité visuelle en présentant à l'enfant des mires de plus en plus fines : regard = attiré si et seulement si les mires sont visibles.

Comment peut-on évaluer le champ visuel ?

Activité 3 AP # 5

4/ anomalies de la vision

exercice DMLA : hachette p 246 (DM) + DST # 2015

exercice daltonisme : doc 3 p 309 test d’Ishiara

anomalies : un dysfonctionnement des cônes confirme ce qu’on vient de voir concernant la perception colorée :

absence totale de cônes

(achromatie)

absence de cônes verts et rouges (monochromatie)

absence de cônes bleus

daltonisme plus fréquent (John Dalton, anglais, atteint, 1ère

description, 1794)

absence de vision colorée + vision peu précise avec

uniquement recours à la

vision périphérique rétinienne

meilleure perception des détails + netteté en fort éclairement

mais perception colorée non assurée

(un seul type de cônes fonctionnel)

affection très rare

empêche la perception

colorée violet/bleu/vert du

spectre

absence de cônes verts ou rouges, tous 2 actifs dans des régions proches du

spectre => impossibilité à distinguer les verts, jaunes, orangés,

rouges, tous apparaissant en teintes jaunes, plus ou moins délavée : aucun daltonien ne confond exactement les mêmes couleurs mais en général le

rouge et le vert sont affectés

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➱ Le système cristallin / rétine est donc l’un des systèmes transparents de l’oeil humain. Le cristallin est formé de cellules vivantes qui renouvellent en permanence leur contenu, ce renouvellement ETANT indispensable AU MAINTIEN DE SA transparence. Des anomalies de forme du cristallin, lentille convergente vivante, déformable et accommodante, expliquent certains défauts de vision (vision alors floue : hypermétropisme avec cristallin trop peu convergent, myopie avec oeil trop convergent... )… Avec l’âge, sa transparence (cataracte) et sa souplesse (presbytie) peuvent être altérées. Cela montre l’importance du maintien des fonctions DE ce système pour l’oeil emmétrope (« normal) afin d’avoir une vue binoculaire nette.

C/ Les photorécepteurs, des cellules produits de l’évolution AP # 5

Le daltonisme se manifeste par des perturbations de la vision des couleurs Cause : est lié à une ou plusieurs mutations sur les gènes des pigments rétiniens des cônes ce qui entraîne la défaillance dans la sensibilité à des longueurs d'ondes particulières (on compte 100 x 10^6 photopigment / type de photorécepteur (cône ou bâtonnet) Conséquences : cela se traduit par des perturbations de la vision des couleurs. Dans certains cas, des 3 types de cônes est déficient, la perception des couleurs est imparfaite, on parle alors de daltonisme ( du nom du chimiste anglais John Dalton 1766-1884, lui-même atteint de cette anomalie ). En Europe, on estime que le daltonisme touche, à des degrés divers, 8 % des hommes et 0,4 % des femmes soit x16 chez hommes, ce qui signifie que pas mal d’allèles sont sur X. La forme la plus courante de daltonisme entraîne des confusions entre des couleurs comme le vert et le rouge par exemple. Dans les formes les plus aiguës de l'anomalie, la vision en couleur n'existe pas, le monde est uniquement perçu en nuances de gris (noir et blanc).

1/ les gènes des opsines : une famille multigénique

L'Homme et les singes de l'ancien monde (Afrique, Asie et Europe) possèdent 3 gènes différents codant trois opsines différentes responsables de la vision des couleurs : S (sur le chromosome 7) ; M et L (sur le chromosome X). Ils sont trichromates. Les singes du nouveau monde (Amérique) possèdent le gène S (sur le chromosome 7) et un seul gène (sur le chromosome X) dont il existe plusieurs allèles codant pour une opsine qui absorbe soit dans le rouge soit dans le vert. Ils sont dichromates comme la plupart des Mammifères. Remarque : Les mâles (XY) des singes du nouveau monde sont forcément dichromates, mais les femelles (XX) peuvent être trichromates si elles possèdent deux allèles différents sur chacun de leurs deux chromosomes X, l'un codant une opsine absorbant dans le rouge et l'autre codant une opsine absobant dans le vert. Les gènes des opsines sont portés par les chromosomes 3 (opsine des bâtonnets), 7 (opsine S) et X (opsines M et L). Ils constituent une famille multigénique car ils dérivent tous d'un même gène ancestral par duplications géniques, transpositions et mutations indépendantes successives. Cela explique qu'ils aient conservé une séquence de nucléotides voisine et donc que la séquence des acides aminés des différentes opsines le soit également (plus de 20% de similitudes).

2/ leur étude place l’Homme parmi les Primates

a/ Comparaison de la séquence de l'opsine S chez quelques primates avec Phylogène

La matrice des différences (en %) est un tableau à double entrée indiquant ici le nombre de différences en pourcentage dans la séquence des acides aminés de l'opsine S pour les espèces prises 2 à 2. Principe de construction d'une arbre de parenté à partir de données moléculaires - 2 espèces qui présentent une même nouveauté évolutive l'ont hérité d'un ancêtre commun chez qui l'innovation est apparue. - pour 2 espèces données, possédant une même protéine (protéines homologues), plus le nombre de différences dans la séquence des acides aminés est important, plus le nombre de mutations du gène codant cette protéine est important, plus l'ancêtre commun aux deux espèces est éloigné dans le temps. Dans un arbre de parenté (= arbre phylogénétique), chaque nœud correspond à un ancêtre commun et chaque extrémité de branche à un organisme (actuel ou fossile).

b/ Arbre de parenté des primates construit par comparaison des opsines S

L'Homme, le Chimpanzé et le Bonobo sont le plus étroitement apparentés car ils ont l'ancêtre commun le plus récent. L'Homme est plus proche des singes de l'ancien monde (Afrique, Asie et Europe) que de ceux du nouveau monde (Amérique). Comme l'Homme, les singes de l'ancien monde (d'Afrique et d'Asie) sont trichromates car ils possèdent les opsines S, M et L. Ceux du nouveau monde (Amérique) sont dichromates, ont 2 opsines permettant la vision des couleurs (l'une sensible au bleu et l'autre sensible soit au rouge, soit au vert). Quand des espèces partagent une même nouveauté évolutive, elles l'ont hérité d'un ancêtre commun qui leur est propre. L'ancêtre commun à l'Homme et aux Singes de l'ancien monde est donc plus récent que leur ancêtre commun avec les Singes du nouveau monde avec qui nous partageons d'autres nouveautés évolutives des Primates. Plus le nombre de différences dans la séquence des gènes des opsines (ou dans celle de ses acides aminés) est faible pour 2 espèces plus elles sont apparentées. Cela permet de préciser la place de

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l'Homme parmi les Primates trichromates. L'Homme est ainsi plus proche du Chimpanzé que du Gorille, lui même plus proche de l'Homme que le Macaque.

La rétine est une structure complexe qui contient les photorécepteurs, cellules photosensibles et récepteurs sensoriels de la vision. Chez l’homme, elle contient des cônes permettant perception colorée (3 types respectivement sensibles majoritairement au B, V et R) et les bâtonnets sensibles  à des intensités lumineuses plus faibles. L’intégrité de la séquence des gènes des opsines permet leur fonctionnement correct et la vision trichromatique du monde. Toute mutation d’un gène d’opsine entraîne une forme de daltonisme.

Comment la perception visuelle s’élabore-t-elle ?

II / L’ORGANE CERVEAU DANS LA FONCTION VISION : AIRES CEREBRALES & PLASTICITE

Comment voir une image en relief ? Pourquoi 2 individus ne perçoivent pas exactement l’environnement de la même manière ? Comment comprendre une image ?

A/ Les aires cérébrales permettent une représentation mentale des stimuli visuels captés : le rôle du génome et de l’environnement dans la perception visuelle

1/ les nerfs optiques, des organes véhiculant les messages nerveux visuels au cerveau

Après les globes oculaires , les fibres nerveuses, issues des cellules ganglionnaires de la rétine, forment 2 nerfs optiques qui se croisent au niveau du chiasma optique en arrivant dans le cerveau. CT à voir

2/ le traitement des messages : les voies visuelles AP # 6

http://geobiodidac.free.fr/enseignants/cours%201L/voies%20visuelles/Animation1.gif correction AP # 4

Au delà du chiasma (le « X »), les voies optiques se poursuivent par le tractus dans chacun des 2 hémisphères et aboutissent au niveau du cortex visuel primaire (dit V1) qui se situe dans la profondeur du lobe occipital. Cas clinique : chez un patient ayant perdu la vue par suite d’une hémorragie cérébrale révélée par la zone sombre à l’IRM, à l'arrière du cerveau (flèche) : la zone touchée correspond à l'aire visuelle primaire (aire V1) : le reste du cortex et les yeux continuent de fonctionner. Le chiasma permet aux fibres conduisant les messages nerveux provenant de la partie gauche du champ visuel de chaque œil de se diriger vers l'hémisphère droit du cerveau et à celles conduisant les messages nerveux provenant de la partie droite du champ visuel de chaque œil de se diriger vers l'hémisphère gauche (60% des fibres croisent au niveau du chiasma et 40% continuent du même côté). fiche annexe TEP

fin du XIXème siècle : le psychiatre allemand Paul Emil Flechsig : certaines régions du cerveau (dont V1) étaient totalement développées à la naissance, alors que d'autres (entourant V1) continuaient de se développer, comme si leur maturation nécessitaient une certaine expérience => l'aire V1 est "le lieu d'entrée des radiations visuelles dans l'organe de l'esprit" et les régions alentours sont les régions des fonctions psychiques supérieures en rapport avec la vue

Ce minimum d'efficience visuelle innée est indispensable pour que le bébé, lors de conditions visuelles précises (comme la vue du visage de sa mère au moment de l'allaitement), puisse "prendre goût" au fait de regarder, et qu'ainsi, la prise du plaisir lors de l'acte de regarder le pousse à essayer de regarder encore et encore : le développement de la perception visuelle de l'enfant sera conditionnée par la maturation de l'appareil visuel et l'ensemble du développement sensori-moteur du bébé puis du jeune enfant.

http://www.youtube.com/watch?v=L644mr1p75c

principe de l’IRM : http://www.youtube.com/watch?v=9PHUweuoZfI

https://www.youtube.com/watch?v=czDMZiwhwpA

a/ Reconnaissance visuelle des mots

L'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) permet de mesurer l'augmentation du débit sanguin dans un tissu en relation avec son activité biologique : cette technique est basée sur le fait que l'hémoglobine du sang perturbe la résonance magnétique des noyaux d'hydrogène de son voisinage, perturbation qui dépend de la charge de l'hémoglobine en

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02(g). Quand l'organe s'active, le débit Ds du sang oxygéné augmente et entraîne la modification du signal de résonance => ce sont les Δ Ds qui sont interprétées = Δ activités

b/ Aires corticales activées lors d'une tâche sensorielle de vision des couleurs (IRMf)

Une aire visuelle spécialisée dans la perception des formes et des couleurs (aire V4) est située au niveau du lobe occipital. EduAnatomist (individu 131331)

c/ Aires corticales activées lors d'une tâche sensorielle de vision des mouvements (IRMf)

On met en évidence l'aire visuelle spécialisée dans la perception des mouvements (aire V5) située au niveau de la région temporo-occipitale. EduAnatomist (individu 131331) Les aires fonctionnelles visuelles impliquées dans la vision des mouvements sont donc distinctes des aires impliquées dans la vision des couleurs.

3/ la complémentarité vision / mémoire

a/ Activité corticale lors de la reconnaissance d'un texte

La zone de reconnaissance des mots est d'autant plus activée que les lettres sont connues, fréquentes, associables et correspondent à un mot réel.

b/ Perception visuelle et interprétation

Chez un lecteur entraîné un mot est analysé dans son ensemble, comme une entité, et non syllabe par syllabe ou lettre par lettre. Ce n'est pas le cas chez un enfant qui apprend à lire. Le temps nécessaire à l'identification de la couleur est beaucoup plus long lorsque le mot est incongruent (le mot "bleu" écrit en "rouge") que lorsque le mot est congruent (le mot "rouge" écrit en rouge) ou neutre (le mot "lion" écrit en rouge). Il existe un effet d'interférence (effet Stroop) provoqué par la lecture automatique du mot.

c/ Reconnaissance d'un visage (IRMf)

La présentation d'une image brouillée entraîne une tentative de reconnaissance par le cortex occipital, la mémoire ne peut pas intervenir. La présentation d'un visage inconnu entraîne l'activation d'une aire associative, pour un visage connu une aire frontale intervient dans sa reconnaissance. Il n'existe pas d'aire spécifique de LA mémoire car d'une part il existe de multiples formes de mémoire (texte, visage, conduite automobile, événements...) et, d'autre part, les aires qui interviennent dans la mémoire ont aussi d'autres fonctions. Le cortex visuel primaire (aire V1 en 1 et 2 ) reçoit les fibres nerveuses en provenance de la rétine et communique notamment avec le cortex visuel secondaire (aire V2). L’analyse des stimulus visuels se poursuit ensuite dans de nombreuses autres aires visuelles tertiaires ou aires associatives (V3, V4, V5 (ou MT), PO, etc.). Il existe deux grands systèmes de traitement de l'information visuelle : la voie ventrale qui s’étend vers le lobe inférotemporal et serait impliquée dans la reconnaissance (forme, couleur...) des objets d'une part (voie du "quoi") et la voie dorsale qui se projette vers le lobe pariétal et serait essentielle à la localisation des objets (voie du "où").

4/ des molécules perturbent la fonction « vision »

L'ergotisme (est une très grave intoxication due à l'ergot du seigle qui est un champignon parasite des céréales contenant naturellement de l'ergotamine). Celle-ci provoque notamment des convulsions et des hallucinations car elle perturbe la transmission du message nerveux entre 2 neurones successifs au niveau cérébral (cf : la tentation selon St Antoine, Bosch)

Le LSD (de l'allemand Lysergesäurediethylamid) est une drogue hallucinogène obtenue par synthèse à partir de l'acide lysergique voisin de l'ergotamine. Les perturbations visuelles provoquées par les dogues hallucinogènes comme le LSD, ont déclenché, dans les années 1960 un courant artistique : le psychédélisme qui s'inspire des perceptions sensorielles (visuelles et auditives) ressenties sous l'effet des drogues hallucinogènes. a/ notion de synapse

organisation (MET) : A : au repos // B : quand existence d’un message nerveux AP # 7

D'un neurone à l'autre : transmission du message nerveux par l'intermédiaire de zones de quelques dizaines nm = synapses. Lors de l'arrivée d'un message nerveux à l'extrémité du neurone présynaptique, les vésicules de neurotransmetteur déversent une partie de leur contenu dans l'espace synaptique. Le neurotransmetteur se fixe alors sur des récepteurs spécifiques portés par le neurone postsynaptique : cela peut déclencher la naissance d'un nouveau message nerveux. La fixation du neurotransmetteur sur le récepteur se fait par complémentarité de conformation. Toutes substances psychotropes agissent au niveau synaptique en provoquant soit l'accumulation, soit l'élimination d'un neurotransmetteur, soit encore en mimant son action ou en l'inhibant. La sérotonine est l'un des nombreux neurotransmetteurs ; elle intervient dans diverses fonctions cérébrales (perception sensorielle, humeur, émotivité,

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sommeil...) : la partie de la molécule qui se fixe sur le récepteur a une conformation semblable à celle d'une partie de la molécule de LSD. Les 2 molécules peuvent se fixer sur le même récepteur. http://www.biologieenflash.net/animation.php?ref=bio-0033-2 http://www.mind.ilstu.edu/flash/synapse_1.swf

b/ Activation des récepteurs à la sérotonine (IRMf)

Les tons froids correspondent à une activité faible, les tons chauds à une activité forte. Les récepteurs spécifiques de la sérotonine sont largement répartis dans le cerveau (à gauche). Leur activité est augmentée par la consommation de LSD (à droite). On retrouve notamment le LSD dans les corps genouillés latéraux (CGL), principale zone de relais synaptique entre la rétine et le cortex visuel. Les molécules de LSD se fixent sur les récepteurs de la sérotonine, cela déclenche des messages nerveux sans qu'aucune stimulation n'ait eu lieu.

c/ action du LSD

prise de LSD ➱ hallucinations visuelles et auditives + vertiges, vomissements, troubles respiratoires et locomoteurs. prises répétées : ➱ ↘ renouvellement R sérotonine sur les membranes des neurones postsynaptiques + peut causer troubles psychiatriques durables dès 1ère prise (états dépressifs, phobies, sensations d'angoisse et même des tentatives de suicide) effet LSD ↘ peu à peu = accoutumance ➱ pour effet constant : ↗ doses http://www.youtube.com/watch?v=A7ggxygLL0I http://www.youtube.com/watch?v=Ku24ICS_ePU

autres psychotropes : quelques effets

Tous les psychotropes agissent au niveau synaptique en provoquant l'accumulation ou l'élimination d'un neurotransmetteur, en mimant son action ou en l'inhibant.

B/ La plasticité cérébrale est liée aux expériences individuelles

Le développement de la fonction visuelle s'initie, à la naissance, à partir d'un «pré-cablage», permettant ainsi au nouveau-né d'associer très précocement à ses premières perceptions visuelles, des affects agréables.

1/ quand ? : le cortex visuel s’organise pendant le développement embryonnaire et post-natal

développement = ∑ transformations par lesquelles passe un être vivant pluricellulaire depuis la fécondation jusqu'à la maturité sexuelle (à ne pas confondre avec la croissance).

a/ Organisation du cortex visuel primaire (chez le singe)

Les fibres nerveuses conduisant les messages en provenance de la rétine forment une série alternée de bandes claires (car marquées pour l'œil gauche) et sombres (car non marquées pour l'œil droit), d'environ 0,5 mm de large chez le macaque, correspondant à chacun des 2 yeux et appelés colonnes de dominance oculaire (image de gauche) - injection dans l'œil gauche un traceur radioactif transporté de neurone en neurone jusqu'au cortex primaire qui est ensuite observé par autoradiographie - même expérience est réalisée sur un singe à œil droit suturé entre l'âge de 2 jours et 18 mois (image de droite). Constat : les colonnes correspondant à l'œil gauche se sont élargies au détriment de celles correspondant à l'œil droit.

b/ Expérience individuelle et maturation du cortex visuel chez le chat

psylocine (dans les champignons hallucinogènes ) ecstasy (psychotrope de synthèse contenant le NMDA) éthanol (des alcools)

mode d'action voisin du LSD. effets : induit des distorsions visuelles ou auditives, provoque des visions extraordinairement colorées, en mouvements kaléidoscopiques où l'usager se perd dans un monde imaginaire. Les champignons à psilocybine peuvent causer des accidents psychiatriques graves et durables, parfois dès 1ère prise => = « syndrome post-hallucinatoire persistant » (bad trip), à savoir angoisses, phobies, état confusionnel, dépression voire bouffées délirantes aiguës

drogue de synthèse à, entre autres, effets hallucinogènes n'agit pas en mimant les effets de la sérotonine, mais favorise, sa libération et empêche sa recapture par le neurone présynaptique => s'accumule dans la fente => agit davantage sur le neurone postsynaptique.

amphétamines + cocaïne agissent de manière comparable avec d'autres neurotransmetteurs

Même en dessous du seuil toléré, l'alcool perturbe la vision par une mauvaise appréciation des distances et une diminution de l'étendue du champ de vision. Le cannabis a, entre autres, des effets comparables.

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c/ Réaffectation du cortex visuel chez l'Homme

Lorsqu'un voyant lit du braille les yeux bandés, son cortex visuel ne réagit pas, mais la même tâche effectuée par un non-voyant depuis ses 3 ans et entraîné à la lecture du braille mobilise les aires visuelles pour une sensation tactile.

2/ quoi ? : la plasticité cérébrale permet l'apprentissage et la mémoire

La perception visuelle est une création cérébrale venant de l’activité d’un grand nombre d’aires cérébrales spécialisées communiquant entre elles : notre façon de voir = f (construction personnelle du cerveau).

Quelle est la part du génome dans la construction du système visuel ? La part environnementale ?

constats : chez le singe macaque : l’organisation du système visuel est identique à celle de l’Homme : entrée des informations au niveau d’une aire visuelle primaire située dans le cortex occipital, existence de 2 grandes voies de traitement des messages visuels avec les mêmes aires spécialisées, agencées de la même manière et même si le cortex visuel est plus développé chez l’Homme, l’architecture reste la même. ➱ cela montre un déterminisme génétique de la construction globale du système visuel, héritage de l’ancêtre commun à tous les Primates.

a/ apprentissage et plasticité chez l’adulte (IRMf)

https://www.youtube.com/watch?v=9PHUweuoZfI : principe de l’irm

constats : chez l’Homme : chez des aveugles de naissance, ayant appris à lire le braille, des études d’imagerie cérébrale ont montré une activation du cortex visuel, notamment de l’aire visuelle primaire, au cours d’un exercice de lecture. Par cet apprentissage, le cortex visuel, qui normalement traite les messages nerveux issus de la rétine, traite les messages tactiles issus des doigts : on a même mis en évidence une représentation des doigts dans le cortex visuel de ces aveugles lecteurs de braille : ➱ cela traduit des possibilités de réorganisation des réseaux neuronaux cérébraux à la suite d’un apprentissage : c’est la plasticité cérébrale, notamment à l’oeuvre lors de l’apprentissage de la lecture. 2 groupes de volontaires voyants sont entraînés à lire le braille de manière intensive pendant 5 jours. Un groupe porte en permanence un bandeau (jour 1) privant de toute stimulation visuelle, l'autre non. Le groupe ayant les yeux bandés apprend beaucoup plus vite le braille que l'autre. L'IRMf montre que cette capacité repose sur la reconversion des aires visuelles (jour 5) mais que celle-ci disparaît rapidement lorsque le sujets retrouvent la vue (jour 6).

b/ La plasticité neuronale

prends l’exemple de la fonction «  langage » Parmi les aires du cortex temporal impliquées dans la reconnaissance des objets, une est spécialisée dans la reconnaissance des mots et lettres : c’est l’aire de la forme visuelle des mots : toutes les personnes sachant lire possèdent une seul région de la forme visuelle des mots dans le lobe temporal gauche. L’imagerie cérébrale révèle son intense activation de l’aire quand on lit et aucune quand on entend ses mots lus. Des cas cliniques montrent les conséquences

constats interprétation

témoin

Les neurones de la classe 1 sont exclusivement stimulés par l'œil droit, ceux de la classe 7 sont exclusivement stimulés par l'œil gauche, ceux de la classe 4 sont indifféremment stimulés par les deux yeux tandis que les autres sont surtout stimulés par l'œil droit (classes 2 et 3) ou par l'œil gauche (5 et 6). La classe 00 correspond à des neurones qui ne peuvent être stimulés par aucun œil.

∃ période critique dans développement cortex visuel au cours de laquelle des circuits nerveux se mettent en place (connexions interneuronales )expérience

1

Occlusion de l'œil droit entre l'ouverture des yeux (1 semaine) et 2,5 mois. La mesure est réalisée à 38 mois. La cécité corticale de l'œil droit est définitive alors que l'œil fonctionne (= amblyopie).

expérience 2

Occlusion de l'œil droit entre 12 et 38 mois (le chat est adulte à 6 mois). Après l'expérience, la vision binoculaire normale se réinstalle rapidement.

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d’une lésion de cette zone du cortex : plus d’identification des lettres et des mots alors que ces individus savaient lire avant. Leur langage et leur écriture oral sont intacts, sans pouvoir lire ce qu’il a écrit. La reconnaissance des visages et objets est largement conservée : le patient est juste «aveugle» aux lettres et mots. Plusieurs aires sont impliquées dans le langage dans le lobe temporal et frontal, connectées les unes aux autres avec en 2 grands systèmes : le premier dans la conversion des lettres en sons, le second à analyser le sens des mots : les aires de ces 2 systèmes ne sont pas spécifiques à la lecture car intervenant en 1er lieu dans le traitement du langage parlé. L’aire de la forme visuelle, goulot d’étranglement, distribue les informations qu’elle traite sur les lettres et les mots à de nombreuses aires de l’hémisphère gauche selon 2 grands systèmes fonctionnant en parallèle, l’un convertissant lettres et mots en sons, l’autre en retrouve le sens.

Apprendre à lire revient donc à :

- créer une représentation visuelle des mots écrits dans l’aire de la forme visuelle des mots

- mettre en connexion cette aire, voie d’entrée visuelle, avec celles du langage codant pour le son et le sens

Constats : l’universalité des régions impliquées dans la lecture pose le problème de la façon dont notre cerveau acquiert des circuits spécialisés : puisqu’elle existe chez tous les lecteurs, on pourrait penser que c’est lié à un même génétique des individus de notre espèce de l’aire de la reconnaissance des lettres et mots : mais c’est impossible !! En effet, l’écriture et donc la lecture est une invention de - 5000 ans, alors que les 1ers Homo Sapiens vivaient il y a 200 000 ans environ : des innovations génétiques d’il y a 5000 ans n’ont pu se répandre partout en si peu de temps dans toutes les populations humaines du Globe. L’imagerie cérébrale a montré que chez les analphabètes, l’aire visuelle de reconnaissance des mots n’est pas activée lors de la présentation des lettres et des mots mais l’est pour la présentation des visages : dans cette région, au cours de l’apprentissage de la lecture, la «réponse» aux visages diminue à mesure que la compétence de lecture augmente donc au cours d’un apprentissage de la lecture, il y a une véritable réorganisation de cette zone corticale un recyclage des synapses et des réseaux neuroniques : les réseaux actifs lors de la représentation des visages deviennent actifs lors de la présentation des mots : c’est un exemple de plasticité cérébrale montrant l’impact très important de l’éducation sur le cerveau humain : cette réorganisation cérébrale se produit aussi chez ceux qui apprennent à lire plus tard : même si cette plasticité est la plus forte durant l’enfance, elle persiste chez l’adulte. Elle n’intervient pas seulement dans la mise en place de l’aire visuelle des mots : l’existence d’aires cérébrales impliquées dans la reconnaissance spécifique des objets et en particulier des visages est un héritage de notre histoire évolutive que nous partageons avec les autres grands Singes : elle est dans notre génome. mais les capacités de réorganisation de cette aire, ont fait que, chez l’Homme au cortex particulièrement développé les réseaux neuroniques traitant les caractéristiques des visages se sont spécialisées dans l’analyse des mots : la mémoire génétique a permis une mémoire individuelle par cette propriété du cerveau de plasticité : chaque neurone du cortex établit environ 10 000 connexions synaptiques avec d'autres neurones sous peine de disparaître dans le cas contraire. Lors d'un apprentissage, de nouvelles synapses s’établissent (synaptogenèse), d'autres peuvent disparaître : ces modifications sont la plasticité cérébrale. Sa répétition les renforcent car elles peuvent se défaire si non régulièrement resollicitées. L'étude du système visuel est une tâche philosophique : comment le cerveau obtient une connaissance du monde extérieur uniquement par des stimuli visuels, éléments d'information instables. Les longueurs d'ondes réfléchies par les objets changent en fonction de l'éclairement et pourtant le cerveau leur associe toujours la même couleur, l'image rétinienne de la main d'une personne en mouvement change sans cesse et pourtant le cerveau reconnait toujours une main, l'image d'un objet varie avec la distance et pourtant le cerveau évalue la taille réelle de l'objet...Le cerveau parvient à extraire les caractéristiques invariables des objets d'un flot d'informations diverses qui proviennent de ces objets et changent perpétuellement. L'interprétation est indissociable de la sensation visuelle. Le cerveau ne se limite pas à l'analyse des images projetées sur la rétine, il construit activement une représentation du monde visuel : nous avons alors une PERCEPTION VISUELLE du monde.

Les cartes en fausses couleurs des colorations des réseaux de neurones du cerveau humain montre une incroyable architecture, unique pour chaque individu : le cerveau ne fait pas exception au « tous pareil, tous différents, tous uniques », même, bien sûr 2 vrais jumeaux ont des synapses et des circuits de connexion neurones différents. Notre cerveau est donc lui aussi le résultat d’une génétique (unique, voir 3è, à chacun son génome hors vrais jumeaux) et d’expériences individuelles uniques en lien avec notre environnement (apprentissages, expériences sociales, ….)

➱ texte JP Changeux à distribuer

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La rétine convertit le monde du champ visuel perçu à un instant t en un ensemble de signaux électriques transmis au cerveau. Nos neurones traitent et interprètent ces signaux électriques au niveau d’aires spécialisées visuelles : c’est ceLA voir ! La mise en place du phénotype fonctionnel du système cérébral impliqué dans la vision repose sur :

-1/ des structures cérébrales innées (anatomie et histologie du cerveau (fissuration, scissures, circonvolutions, nature et position des neurones), sous contrôle génétique, issues de l'évolution et communes à tous les individus de l'espèce

-2/ la propriété deS neurones à modifier leurs connections synaptiques ce qui entraîne une modification des réseaux neuronaux tout au long de l'histoire personnelle DE L’INDIVIDU : c'est la plasticité cérébrale, particulièrement active au cours du développement EMBRYONNAIRE ET LES DEUX PREMIERES ANNES DE VIE se poursuiVANT ENSUITE DANS UNE MOINDRE MESURE tout au long de la vie. La sollicitation répétée des mêmes circuits neuroniques permet notamment la mise en mémoire nécessaire à la reconnaissance des formes ou d'un moT, TOUT AUTRE apprentissage, ainsi que la possibilité de compenser une lésion. Le cerveau est un système dynamique, en perpétuelle reconfiguration, MALLEABLE, PLASTIQUE

Dans le cerveau, le message nerveux visuel parvient tout d'abord au cortex visuel sur le lobe occipital (arrière de tête), avant d'être interprété PAR la collaboration ENTRE fonctions visuelles et mémoire.

La représentation visuelle peut être perturbée par certaines substances comme le LSD, PSYCHOTROPE HALUCCINOGENE. La vision du monde varie donc en fonction :

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-de l’individu : daltonisme, perception de tableaux...: si l’organisation CEREBRALE EST A DETERMINISME GENETIQUE, la plasticité cérébrale fait du cerveau un système dynamique qui peRMet en permanence l'apprentissage et la mise en mémoire : cette variabilité REND chaque cerveau unique

-de l’espèce : organisation cérébrale génétique et répartition en photorécepteurs rétiniens (CONES, BATONNETS .. . )

-de l’âge de la vie ( vieillissement du cristallin - vision des bébés)

http://www.universcience.tv/video-plasticite-du-cerveau-605.html http://www.discip.crdp.ac-caen.fr/svt/pages/lycee/premieres/1l/vision/choixVision.htm http://www.youtube.com/watch?v=uoTrhX71HTw http://www.youtube.com/watch?v=-zegc9M9AJc http://www.youtube.com/watch?v=lNYaEIum6nE http://www.youtube.com/watch?v=L644mr1p75c

http://www.universcience.tv/video-optogenetique-de-l-algue-a-la-retine-8091.html

principe de l’IRM : http://www.youtube.com/watch?v=9PHUweuoZfI

Ouverture Métiers : opticien, orthoptiste ; ophtalmologue (ouverture sur chirurgie de l’oeil)

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