Chapitre 2 : De l’œil au cerveau

I- La réception de la lumière par la rétine. Pb : Comment la rétine reçoit-elle la lumière pour permettre la vision des couleurs, des formes ? I- La réception de la lumière par la rétine. Activité 1 : Extraire des informations d’une observation de coupe de rétine. A partir du schéma et de vos connaissances, retrouvez les légendes de la photo de coupe de rétine.

Notion : La rétine est constituée de cellules nerveuses (neurones) dont l’activité de certains est modifiée par un stimules nerveux : les photorécepteurs.

Ils sont sensibles à la lumière grâce à des pigments photosensibles. Activité 2 : Extraire des informations d’une photo de photorécepteurs observés au microscope électronique. Notion : La rétine possède 2 types de cellules photoréceptrices : les cônes et les bâtonnets. Ils sont sensibles à la lumière grâce à des pigments photosensibles. Les cônes sont beaucoup moins nombreux que les bâtonnets. 1 : Cellules en cônes 2 : Cellules en Bâtonnets

Activité 3 : Extraire des informations de documents et exploiter des résultats de mesures pour comprendre les caractéristiques des photorécepteurs. Consignes : Décrire les différents types de photorécepteurs (n’oubliez pas d’étudier les graphiques)

Activité 3 : Extraire des informations de documents et exploiter des résultats de mesures pour comprendre les caractéristiques des photorécepteurs suite

Notion : Les couleurs sont perçues grâce aux photorécepteurs : Il existe 1 seul type de bâtonnet, contenant 1 seul pigment (la rhodopsine) alors qu’il y a 3 types de cônes contenant 3 pigments différents (opsines S, M et L). Chaque opsine absorbe des longueurs d’ondes lumineuses différentes (=photosensibles), permettant des perceptions différentes : Les cônes sont peu sensibles et permettent la vision des couleurs.  Vision de jour L’opsine S absorbe dans le bleu (vers 420 nm), la M dans le vert (vers 550 nm) et la L dans le rouge (vers 570 nm). Les bâtonnets sont très sensibles et ne permettent pas la vision des couleurs.  Vision de nuit Lorsqu’un objet coloré est observé, la lumière émise par cet objet stimule donc 1, 2 ou 3 types de cônes, plus ou moins. Le cerveau interprétera ces informations comme telle ou telle couleur. Ex : cônes rouges stimulés à 20% (donc peu) de leur maximum et les autres non stimulés : rouge orangé. Cônes rouges stimulés à 20% de leur maximum, cônes bleus à 40% et verts à 60% (donc moyennement) : bleu. Une zone ne contient que des cônes, c’est la fovéa, située dans l’axe optique. C’est à cet endroit que s’observe le maximum d’acuité visuelle et que sont détectées les couleurs de jour. On trouve, à l’inverse, plus de bâtonnets dans la rétine périphérique. Une zone de la rétine ne contient pas de photorécepteurs : c’est la tâche aveugle.   Définition : L’acuité visuelle est capacité à discerner 2 points séparés dans l’espace. La sensibilité est la quantité de lumière minimale nécessaire à la stimulation d’un photorécepteur. Le seuil minimal de sensibilité correspond à la longueur d’onde pour laquelle un récepteur réalise le maximum d’absorption.

Activité 4 : DM : Le daltonisme Si vous avez une vision normale, vous voyez le nombre 26. Si vous êtes un daltonien «rouge» vous verrez un 6, si vous avez un daltonisme rouge léger vous voyez un 2 pâle. Si vous avez une vision normale vous voyez le nombre 42. Les daltoniens «rouge» voient un 2. Notion : Si un des photorécepteurs est déficient, la perception des couleurs est altérée. Par exemple, dans le daltonisme, un type de cône ne fonctionne pas ou est absent à cause d’une anomalie de l’opsine correspondante. Le plus courant est le daltonisme rouge (rouge non perçu). Comme les opsines sont codées par des gènes, le daltonisme a donc une origine génétique.

Pb : Comment expliquer cette zone sans photorécepteurs ? Activité 5 : Interpréter des résultats pour comprendre la tâche aveugle doc. 1 p.26   Notion : La tache aveugle correspond à la zone d’insertion du nerf optique dans l’œil. Les prolongements cytoplasmiques des neurones qui le constituent empreinte ce passage, qui ne possède donc pas de photorécepteurs.

Pb : D’où proviennent les différences de vision chez les primates ? II- Les différences de vision chez les primates

Activité 6 : Extraire puis interpréter des résultats sur l’évolution de l’Homme et des opsines. Matrice des différences (en pourcentages). C'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 deux à deux. Figure construite à l'aide du logiciel Phylogène. Principe de construction d'un arbre de parenté à partir de données moléculaires - Deux espèces qui présentent une même nouveauté évolutive l'ont hérité d'un ancêtre commun chez qui l'innovation est apparue. - Pour deux 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).

Arbre phylogénétique des primates Document S : Tableau de comparaison des types d’opsines présentes chez différents Primates (et la souris) Espèce Types d'opsines présentes dans les cônes   Qualité de la vision colorée Souris opsine S (bleu) et opsine M (vert) La souris a une vision dichromatique, basée sur seulement deux sortes de cônes, contenant respectivement les opsines S (bleu) et M (vert) Homme opsine S (bleu), opsine M (vert) et opsine L (rouge) vision trichromatique Chimpanzé Bonobo Saïmiri opsine S (bleu) et opsine M (vert) L'espèce saïmiri a une vision dichromatique, basée sur seulement deux sortes de cônes, contenant respectivement les opsines S (bleu) et M (vert). Macaque Gorille Cebus vision dichromatique Arbre phylogénétique des primates   Cet arbre a été obtenu en combinant des données anatomiques, moléculaires et génétiques.  * : la souris est un non-Primate. Toutes les autres espèces figurant dans ce tableau sont des Primates. Les principaux attributs propres aux Primates sont la vision stéréoscopique, les pouces opposables et la présence d'ongles à l'extrémité des doigts.  

Notion : L’ancêtre commun à tous les Primates possédait 2 types d’opsine. Le 3e type est apparu chez l’ancêtre commun au Chimpanzé, Bonobo, Macaque, Homme et Gorille. L’Homme est donc plus proche de ses espèces que de toutes les autres espèces de Primates. Les opsines permettent de trouver la place de l’Homme parmi les Primates.

Pb : Comment le message lumineux est-il transmis au cerveau ? III- La transmission du message nerveux Activité 7 : Réaliser un schéma fonctionnel pour comprendre comment le message lumineux est transmis. P.28 doc 1 et 2 Légende : S : sclérotique C : choroïde Pe : Photorécepteur segment externe Pn : Photorécepteur noyau B : neurones Bipolaires G : Neurones ganglionnaires F : Fibres Notion : Les photorécepteurs sont en contact avec d’autres cellules nerveuses, les neurones bipolaires qui sont eux même en contact avec des neurones ganglionnaires dont les prolongements forment le nerf optique. Un neurone est constitué d’un corps cellulaire contenant le noyau et de prolongements cytoplasmiques, les axones. Le message nerveux se déplace le long du neurone électriquement et est enregistrable à l’aide d’un oscilloscope. Les prolongements cytoplasmiques de 2 neurones se rencontrent sans contact au niveau d’une synapse.

Pb : Comment le message nerveux passe-t-il d’un neurone à l’autre ? Activité 8 : Extraire des informations de documents et compléter un schéma fonctionnel du passage du message nerveux d’un neurone à l’autre

Notion : Au niveau de la synapse, le message nerveux électrique devient un message nerveux chimique. Un neurotransmetteur (glutamate dans la rétine, sérotonine entre autres dans le cerveau) est libéré dans l’espace entre les 2 neurones (la fente synaptique). Ce messager chimique va se lier à un récepteur spécifique sur le neurone suivant. Celui-ci va alors recréer un message électrique qui parcourra l’axone jusqu’au neurone suivant.   Définition : Spécifique signifie que le récepteur ne peut se lier qu’à ce neurotransmetteur.