Plan général Système visuel Modalité somato-sensorielle ou somesthésie Organisation des systèmes sensoriels Systèmes sensori-moteur

Lectures conseillées

Plan du chapitre La lumière entre dans l’œil et atteint la rétine Rétine et traduction de la lumière en signaux nerveux De la rétine au cortex visuel primaire Mécanismes corticaux de la vision

Introduction Notre système visuel s’est adapté au cours l’évolution au type de lumière qui entre dans nos yeux Cependant, il continu à avoir certaines limitations (illusions visuelles)

Introduction Vous me direz: « Malgré ses quelques petites imperfections, notre système visuel répond aussi fidèlement que possible à notre monde extérieur »

Introduction Notre système visuel ne produit pas une réplique interne de notre monde extérieur, il fait bien plus Il part de petites images rétiniennes, distordues, inversées et en deux dimensions Il crée une perception précise, détaillée et en trois dimension

La lumière entre dans l’œil et atteint la rétine Les chats, les hiboux et les animaux nocturnes, voient-ils dans le noir?

La lumière entre dans l’œil et atteint la rétine Ils ont une capacité d’accomodation particulière qui leur permet de voir avec une très faible luminosité Aucun animal ne peut voir dans une obscurité complète

La lumière entre dans l’œil et atteint la rétine Lumière réfléchie par les objets vers nos yeux = condition sine qua non Sans lumière pas de vision Qu’est ce que la lumière?????

La lumière entre dans l’œil et atteint la rétine 1. Particules d’énergie : Photons ( km/s) 2. Onde d’énergie: onde électromagnétique dont certaines longueurs sont perceptibles par l’œil humain

La lumière entre dans l’œil et atteint la rétine La longueur d’onde joue un rôle important dans la perception des couleurs L’intensité de la lumière permet de percevoir la luminosité

La lumière entre dans l’œil et atteint la rétine La lumière entre dans l’œil à travers le trou de l’iris (pupille) Les changements de luminosité donne lieu à des ajustements de la pupille Sensibilité: capacité à détecter les objets faiblement éclairés Acuité: capacité à percevoir les détails des objets Plus la luminosité est forte plus les pupilles se contractent et inversement!

La lumière entre dans l’œil et atteint la rétine

Le cristallin focalise sur la rétine la lumière qui entre dans l’œil Si un objet est proche = muscles ciliaires se décontractent donnant une forme bombée au cristallin Si un objet est loin = muscles ciliaires se relâchent et le cristallin s’aplatit L’ajustement du cristallin est appelé l’accommodation

La lumière entre dans l’œil et atteint la rétine Nos 2 yeux soient disposés côte à côte sur le devant de la tête = vision en 3D (profondeur) Quand un objet est près = les yeux convergents La disparité binoculaire = cette différence de position fait qu’on a deux images en 2D non identiques qui donneront une images en 3D

Petite expérience Placez vous face au mur le plus éloigné Tendez les bras Mettez bout à bout les extrémités de vos index Fixez le mur au creux de l’encoche créée par vos index Vous voyiez la saucisse cocktail??

Rétine et traduction de la lumière en signaux nerveux La rétine est composée de plusieurs couches de cellules différentes

Rétine et traduction de la lumière en signaux nerveux La rétine est composée de 5 types de neurones photorécepteurs

Rétine et traduction de la lumière en signaux nerveux Le cheminement direct de l’information lumineuse est : Stimulation des photorécepteurs Transmission aux neurones bipolaires Transmission aux cellules ganglionnaires PA le long des axones jusqu’au cerveau

Rétine et traduction de la lumière en signaux nerveux

La rétine fonctionne à l’envers: La lumière n’atteint les photorécepteurs qu’après avoir traversée toutes les autres couches Une fois les photorécepteurs activés, le message nerveux ressort via les différentes couches jusqu’aux cellules ganglionnaires

Rétine et traduction de la lumière en signaux nerveux Cette organisation crée 2 problème visuel: 1. La lumière est distordue par les couches quelle doit traverser pour atteindre les photorécepteurs Ce problème est atténué par la fovéa Il existe un amincissement de la couche de cellules ganglionnaires au niveau de la fovéa C’ est la zone spécialisée dans l’acuité visuelle fine

Coupe rétine, dépression fovéa

Rétine et traduction de la lumière en signaux nerveux Cette organisation crée 2 problème visuel: 2. Le faisceau d’axones des cellules ganglionnaires quittant l’œil crée la tache aveugle Le point aveugle ou tache aveugle ou tache de Mariotte correspond à la partie de la rétine où s'insèrent le nerf optique, ainsi que les vaisseaux sanguins arrivant à l'œil et quittant l'œil.

Rétine et traduction de la lumière en signaux nerveux Cette organisation crée 2 problème visuel: 2. Le faisceau d’axones des cellules ganglionnaires quittant l’œil crée la tache aveugle Le système visuel utilise les informations données par les photorécepteurs autour de la tache aveugle pour compléter les manques de l’image rétinienne C’est le phénomène de complétion

Petite expérience À faire chez vous

Rétine et traduction de la lumière en signaux nerveux Revenons aux photorécepteurs; il existe 2 types chacun étant impliqué dans un type de vision (théorie de la duplicité) Les cônes responsables de la vision photopique Prédomine sous un bon éclairage et assure une perception de grande acuité et colorée Les bâtonnets gèrent la vision scotopique Sous un faible éclairage, ne permet donc pas de voir les détails et les couleurs

Rétine et traduction de la lumière en signaux nerveux La différence de vision résulte en partie de la façon dont les 2 systèmes sont connectés: différence de convergence La cellule ganglionnaire ne reçoit les connexion que de quelques cônes Plusieurs centaines de bâtonnets peuvent converger vers une cellule ganglionnaire = phénomène de sommation de la lumière

Rétine et traduction de la lumière en signaux nerveux

Une autre différence figure dans la distribution de ces 2 types de cellules dans la fovéa Il n’y a que des cônes dans la fovéa Sur le bord de la fovéa on trouve plus de bâtonnets et de moins en moins de cônes

Nombre de cônes et de bâtonnets par mm² en fonction de la distance depuis le centre de la Fovéa

Rétine et traduction de la lumière en signaux nerveux Enfin, ces deux types de cellules ont différentes sensibilité spectrale (longueur d’onde)

Rétine et traduction de la lumière en signaux nerveux Cette différence donne lieu à un phénomène appelé « l’effet Purkinje » (prononcé purkinié) Au crépuscule, Purkinje se promenait dans son jardin. Il nota que les fleurs rouges semblaient plus lumineuses que les bleues. Mais quelques minutes plus tard, le phénomène s’inversa. En effet, à la tombé de la nuit, bien que les fleurs semblées toutes grises, les bleues paraissaient pus lumineuses

Rétine et traduction de la lumière en signaux nerveux La Phototransduction: conversion de l’énergie lumineuse en variations de potentiel de membrane, par les photorécepteurs Les deux processus, concernant respectivement les cônes et les bâtonnets, bien qu’étant très proches, seront décrits l’un après l’autre.

Rétine et traduction de la lumière en signaux nerveux Phototransduction et bâtonnets Le mécanisme est très comparable à la transmission synaptique mettant en jeu des récepteurs couplés à des protéines G. La lumière est le stimulus agissant sur le photorécepteur. Elle active les protéines G qui activent une enzyme modifiant la concentration cytoplasmique en seconds messagers Fermeture de canaux ioniques Altération du potentiel de membrane.

Rétine et traduction de la lumière en signaux nerveux Phototransduction et bâtonnets Phénomène d’amplification pour un photorécepteur stimulé, plusieurs protéines G sont activées chaque protéine G active plusieurs enzymes. Le système rétinien est donc capable de réagir à de très faibles stimulations. Au repos, le potentiel de membrane au niveau des bâtonnets est de -30mV (canaux Na+ ouverts). C’est le courant d’obscurité. Les canaux sodiques sont maintenus ouverts par l’action d’un second messager la guanosine monophosphate cyclique (GMPc), produite par une enzyme, la guanylate cyclase.

Rétine et traduction de la lumière en signaux nerveux La lumière diminue la production de GMPc, entrainant la fermeture des canaux sodique l’hyperpolarisation de la membrane La stimulation continue des bâtonnets entraine une désensibilisation plus de lumière ne provoque pas plus d’hyperpolarisation. c’est l’état courant en condition de perception en lumière du jour. La vision de jour dépend donc essentiellement des cônes. La nuit, c’est l’activité des bâtonnets qui prime un seul type d’opsine: la rhodopsine la discrimination des couleurs est donc difficile, voir impossible

Rétine et traduction de la lumière en signaux nerveux Phototransduction au niveau des cônes Les mécanismes sont les mêmes que pour les bâtonnets. seul le type de protéine-récepteur (opsine) diffère: il existe pour les cônes trois types d’opsine, chacune sensible à différente longueur d’onde: -430 nm: Bleu -530 nm: Vert -560 nm: Rouge La couleur est interprétée par le cerveau suite à l’intégration de l’activité des différents types de cônes.

Rétine et traduction de la lumière en signaux nerveux Si les cônes (vision photopique) sont responsable de l’acuité visuelle, comment peuvent-ils faire leur travail alors qu’ils sont concentrer autour de la fovéa?? La réponse: grâce aux mouvements oculaires

Rétine et traduction de la lumière en signaux nerveux L’œil parcours continuellement le champs visuel en une série de brèves fixations Il se produit 3 fixations/seconde associées à de très rapides mouvements: « les saccades » Le système visuel intègre certaines informations de fixations antérieures = c’est l’intégration temporelle Grâce à elle notre monde ne disparaît pas quand on cligne des yeux

Rétine et traduction de la lumière en signaux nerveux Si on « paralyse » ces mouvements (aucune personne n’a été maltraiter je vous rassure) en stabilisant l’image sur la rétine Après quelques secondes, l’image disparaît en laissant place à un champs gris Pourquoi cette disparition ???

Rétine et traduction de la lumière en signaux nerveux Les neurones du système visuel répondent à un changement plutôt qu’à un signal constant La plupart répondent quand un stimulus bouge, apparaît ou disparaît Ils répondent peu quand un stimulus est continu

Rétine et traduction de la lumière en signaux nerveux Traitement de l’information La voie directe va des photorécepteurs aux cellules ganglionnaires en passant avant par les cellules bi- polaires. La stimulation des photorécepteurs entraine donc une dépolarisation de leur membrane. Ceux-ci libèrent donc moins de neurotransmetteurs en présence de lumière. Comment est codée l’information visuelle en lumière du jour ? Comment sont générés les PA par les cellules ganglionnaires ?

Rétine et traduction de la lumière en signaux nerveux Traitement de l’information Il existe deux types de cellules bipolaires, différenciées en fonction de leur réaction à l’absence de lumière (diffusion de glutamate par les photorécepteurs) : de type « OFF »: dépolarisation de la membrane et la génération d’un PPSE. de type « ON »: hyperpolarisation via des récepteurs couplés à des protéines G. Chaque cellule bipolaire reçoit des afférences directes d’un groupe de photorécepteurs

Rétine et traduction de la lumière en signaux nerveux Traitement de l’information Les cellules bipolaires sont connectées, via les cellules horizontales, à un ensemble de photorécepteurs autour du champ principal. On distingue donc, pour chaque cellule bipolaire un champ récepteur central (photorécepteurs reliés directement) un champ récepteur périphérique (cellules reliées via les cellules horizontales) Les effets de chaque zone sont antagonistes pour une cellule ganglionnaire donnée centre ON - périphérie OFF centre OFF - périphérie ON

Rétine et traduction de la lumière en signaux nerveux Traitement de l’information La même organisation existe pour les cellules ganglionnaires antagonisme centre-périphérie Les cellules ganglionnaires sont les seules à pouvoir générer des PA vers le cerveau On observe des comportements différents de génération de PA en fonction: des conditions d’éclairage des surfaces du champ récepteur illuminées.

Rétine et traduction de la lumière en signaux nerveux Les cellules ganglionnaires sont particulièrement sensibles aux variations d’intensité lumineuse à l’intérieur de leur champ récepteur (différence centre/périphérie) et moins sensibles à des variations globales de l’éclairage. Une scène ombre/lumière simple sera traduite, non pas au niveau global des zones lumineuses et des zones sombres, mais bien au niveau de la frontière (ligne) marquant la différence entre les deux surfaces.

Rétine et traduction de la lumière en signaux nerveux La perception de la lumière est une perception relative une zone est interprétée en fonction des caractéristiques de ses proches voisins. Un carré d’un même couleur paraitra plus clair sur fond foncé plus foncé sur fond clair. Le texte d’une page imprimée noir sur blanc sera perçu de manière équivalente quelque soit l’intensité lumineuse ambiante. Ce sont les contrastes qui sont pris en compte et pas les valeurs absolues. Traitement de l’informat

Rétine et traduction de la lumière en signaux nerveux On distingue deux types de cellules ganglionnaires : les cellules de type M (grandes, 10%) présentent de grands champs récepteurs propagent des PA à plus grande vitesse, de manière phasique. plus sensibles aux faibles contrastes. les cellules de type P (petites, 90%) champs récepteurs plus petits déchargent de manière tonique aussi longtemps que le stimulus est présent. On pense que les M seraient impliquées dans la détection de la forme et les P seraient en charge de la détection du mouvement.

Rétine et traduction de la lumière en signaux nerveux Les P sont aussi sensibles aux variations de couleur. La plupart sont des cellules à opposition simple de couleur. cellules spécialisés dans la différenciation rouge-vert et d’autres pour le bleu-jaune. La rétine présente donc un système triple et parallèle de l’information visuelle : lumière-obscurité, rouge-vert et bleu-jaune. Ces mécanismes sont doublés par l’utilisation des 2 yeux qui participe aussi à l’évaluation de la position sur l’axe antéropostérieur (profondeur).

De la rétine au cortex visuel primaire L’information visuelle passe par plusieurs voies La plus importante est la voie rétino-géniculo- striée Cette voie transporte les signaux des rétines jusqu’au cortex visuel primaire (cortex strié) via le corps géniculé latéral du thalamus

De la rétine au cortex visuel primaire Rappelons que tout signal issu du champ visuel gauche atteint le cortex visuel primaire droit: ipsilatéralement via l’hémirétine temporale de l’œil droit et controlatéralement via l’hémirétine nasale de l’œil gauche

Mécanismes corticaux de la vision Le cortex visuel primaire : partie postérieure des lobes occipitaux, dissimulé en grande partie dans la scissure interhémisphérique

Mécanismes corticaux de la vision Les aires visuelles secondaires : Le cortex préstrié est constitué d’une bande de tissu cortical du lobe occipital autour du cortex visuel primaire Le cortex inférotemporal est la partie corticale inférieure du lobe temporal

Mécanismes corticaux de la vision Les aires visuelles associatives sont localisées dans diverses parties du cortex cérébral mais la partie la plus grande est située dans le cortex pariétal postérieur

Mécanismes corticaux de la vision Les informations arrivent à l’air visuel primaire via les corps géniculés latéraux Elles sont ensuite transmises aux aires secondaires et associatives via deux voies: La voie dorsale: du cortex visuel primaire au cortex pariétal postérieur par le cortex préstrié dorsal La voie ventrale: cortex visuel primaire au cortex inférotemporal par le cortex préstrié ventral

Mécanismes corticaux de la vision La voie dorsale: impliqué dans la perception du « où » → contrôle du comportement Une lésion au niveau du cortex pariétal postérieur : difficulté à atteindre les objets, mais possibilité de les décrire La voie ventrale: impliqué dans la perception du « quoi » → perception consciente Une lésion au niveau du cortex inférotemporal : difficulté à décrire les objets mais possibilité de les atteindre