Physiologie de l’acuité Visuelle

Définition L'acuité visuelle, un des critères de " bonne vision " se réfère au pouvoir de discrimination le plus fin au contraste maximal entre un test et son fond. L'acuité visuelle se mesure à l'aide d'optotypes (dessins, lettres...) au contraste maximal, pour en faire un test d'exploration de la fonction maculaire. Pourtant depuis le siècle dernier, la définition de l'acuité visuelle a quelque peu évolué. Pour Chevaleraud, elle correspond au pouvoir d'apprécier des formes, c'est à dire d'interpréter les détails spatiaux qui sont mesurés par l'angle sous lequel ils sont vus. Ces définitions font intervenir la vision centrale mais aussi le champ visuel.

Historique On peut considérer que c'est Hooke (1635-1703) qui parla en premier d'acuité visuelle qu'il définissait comme le pouvoir de distinguer, avec un seul oeil, deux étoiles rapprochées. Il remarqua que la plupart des gens pouvait les distinguer quand elles étaient écartées d'un seconde d'arc (1/60ème de degré). Puis en 1835, H.Küchler (1811-1873) utilisa des lettres et des figurines pour évaluer l'acuité visuelle de ses patients, en vision de près, soit entre 30 et 40 cm. Les matériels inventés par E.Jaeger (1818-1884) apparurent en 1854 mais toujours pour la vision de près. Ils étaient utilisés mais n'avaient pas de base théorique nette

Historique C'est Donders qui présenta de nouveaux tests de lecture de vision de loin (20 pieds =6,5m) au congrès ophtalmologique d'Heidelberg en 1861. Ces lettres (optotypes) avaient été proposées par Snellen. Il avait estimé que les patients normaux devaient voir les figurines qui sous tendaient un angle de 5 minutes d'arc. Cette acuité visuelle 'normale' fut considérée comme ayant la valeur 1. Pour des troubles de la vision dus à des anomalies de la réfraction (amétropies) ou des maladies, il obtenait des valeurs inférieures à 1. Les plus jeunes avaient une vision supérieure à 1. Pour permettre une mesure facile, Snellen imagina des rangées d'optotypes de taille de plus en plus petites, construits à l'intérieur de carrés formés de 5 rangées de 5 petits carrés. Chacun de ces petits carrés sous tendaient un angle d'une minute d'arc. Snellen établit la formule de l'acuité visuelle comme étant V=d/D ou d est la distance du sujet au tableau de lecture et D la distance à laquelle le test est lu sous un angle de 5 minutes d'arc. Quelqu'un qui a une acuité visuelle normale peut lire la rangée XX à une distance de 20 pieds (Paris) soit 6,48m. Cette acuité est donc de 20:20 = 1. Snellen s'aperçut que certaines lettres étaient plus faciles à reconnaître et il les élimina du test de lecture; ce sont les lettres I, J, Q, W et X. L'avantage de prendre des lettres comme optotypes est leur facilité de désignation par le suje

Historique Le premier ensemble d'optotype est daté de 1862 et fut publié en Allemand, Français, Anglais et Italien. En 1864, 1000 copies furent données au Service médical de l'armée britannique pour l'examen des troupes de l'ensemble de l'Empire anglais. En 1875 l'introduction du système métrique Snellen présenta un nouveau tableau de lecture dans lequel le pied Paris était remplacé par le mètre. En 1888 Landolt proposa des optotypes en forme d'anneaux ouverts; l'ouverture correspondait à un angle de une minute d'arc quand il était placé à 50 mètres. S'il fallait l'approcher à 5m pour que la personne perçoivent l'ouverture de l'anneau, la vision était de 5:50=0,1. Si elle le voyait à 4 m la vision était de 4:50 soit 0,08. Il était conseillé de faire tourner l'anneau pour que son ouverture occupât des positions variables. Optotypes simples du Dr Landolt Daté 1888 En 1897, Roth présenta une boite lumineuse présentant des optotypes; la lumière venait d'une lampe à pétrole dont la lumière était réfléchie par des miroirs pour éclairer les optotypes. Le problème était l'effacement progressif du tableau à cause de la lumière qui altérait les pigments. Le 3 avril 1909, lors du Congrès d'ophtalmologie de Naples, la minute d'arc fut acceptée comme le "minimum separabile" avec une notation de 1.0

Les différents types d’acuité visuelle

Le minimum visible ou la plus petite surface perceptible Il s'exprime par le fait qu'un élément est vu ou non vu ; ainsi on peut se demander quelle est la surface minimale d'un point, l'épaisseur minimale d'une ligne dont la perception est possible sur un fond de clarté différente ? Ce peut-être dans le champ visuel une toute petite variation de contraste provoquée par un stimulus lumineux mais de toute petite dimension que l'on appelle point. C'est le diamètre apparent exprimé en seconde d'arc du point le plus petit dont on peut reconnaître la présence sur un fond uniformément éclairé. Cette reconnaissance est fonction de la capacité de la rétine de percevoir les différences d'éclairement, c'est à dire de son seuil différentiel. L'exemple proposé le plus souvent est une étoile dans le ciel noir. En cas de ligne sur fond clair, c'est le diamètre apparent de la ligne sombre la plus fine qui peut être distingué du fond clair. Il est de l'ordre de la seconde d'arc et parfois moins pour les observateurs entraînés (0,44 seconde) ou sur un fond très lumineux. Un trait noir sur fond blanc quelle que soit sa longueur est perçu à partir d'une dimension angulaire d'une demi seconde d'arc

Acuité Vernier ou le plus petit décalage entre deux lignes Il est mesuré par l’angle qui sépare les deux lignes; Quand elles sont verticales, il est de 10 secondes; Quand elles sont horizontales, il est un peu plus élevé, et la différence est psychovisuelle, la verticalité étant plus facile à discriminer.

Le minimum separabile : la plus petite lacune visible entre deux points On associe davantage la notion d'acuité visuelle standard au minimum separabile qui introduit la notion de pouvoir séparateur fovéolaire. La limite de séparation entre deux points est le plus petit écart permettant de voir deux points noirs séparés sur fond blanc. L'angle sous lequel est vu cet espace correspond à l'acuité angulaire et s'exprime par angle a = tangente a(car très petit)= distance entre les deux points / distance d'observation. La valeur de 1 minute d'arc a été choisie uniformément comme référence de normalité. En France, l'échelle est décimale. Cependant une échelle décimale ne répond plus aux normes internationales, en particulier la norme ISO 8596 qui impose une échelle logarithmique. a = tga = d/D

Le minimum légible ou acuité de contour C'est la faculté de pouvoir reconnaître des optotypes de taille différente. C'est cette forme d'acuité visuelle que l'on utilise cliniquement dans les méthodes subjectives de correction des amétropies.

Facteurs de variation de l’acuité visuelle Facteurs extrinsèques (définissant le test) Facteurs intrinsèques (concernant le récepteur)

Facteurs extrinsèques Luminance du fond et de l’entourage Deux façon d’envisager l’influence de la luminance de fond: Déterminer la valeur de l’acuité pour différents niveaux d’éclairement du fond, Étudier la variation de l’acuité visuelle au cours de l’adaptation à l’obscurité. La luminance de l’entourage est celle du champ qui entoure le fond. L’acuité la meilleure est obtenue quand cette luminance est égale à celle du fond.

Facteurs extrinsèques Contraste test-fond : Def : ( Lum fond - Lum test) / Lum fond Pour une luminance donnée l’acuité augmente avec le contraste; En clinique : test noir sur fond blanc c=1 => n’entre pas en ligne de compte.

Facteurs extrinsèques Forme du test : 1) Acuité visuelle morphoscopique L'acuité morphoscopique fait intervenir des mécanismes de reconnaissance de forme globale d'optotypes : lettres, chiffres, dessins. Il s'agit d'un traitement d'information par les centres supérieurs et non d'une simple détermination de la résolution optique. 2) Acuité visuelle angulaire C'est l'acuité visuelle déterminée par les tests mettant en jeu le pouvoir séparateur rétinien. Les optotypes les plus couramment employés sont l'anneau de Landolt, le E de Raskin et le E de Snellen. Ces optotypes ont en commun une brisure dont le sujet doit reconnaître la positi

Facteurs extrinsèques Distance de présentation du test AV de loin et de près sont difficilement comparables, l’accomodation et le myosis en vision de près favorise l’image rétinienne.

Facteurs extrinsèques Couleur du test Le jaune et le rouge donnent une meilleure acuité que le bleu. En pratique : noir et blanc

Facteurs extrinsèques Temps de présentation Pour des temps brefs, l’acuité s’améliore avec la durée de présentation

Facteurs intrinsèques 1) La pupille C'est de sa dimension que dépendra la qualité de l'image rétinienne. En effet, le myosis diminue l'aberration de sphéricité, augmente la profondeur de champ et diminue la quantité de l'éclairement de la rétine ; la mydriase entraîne les effets inverses. Ainsi, le diamètre pupillaire est un facteur essentiel capable d'influencer trois paramètres de la réception visuelle : l'éclairement rétinien, les aberrations sphériques et la diffraction. En pratique, un équilibre est obtenu entre ces différents effets à actions contraires pour un diamètre pupillaire de 2,4 mm. C'est pourquoi le diamètre optimal du trou sténopéique pour tester la fonction maculaire est de 2 mm

Facteurs intrinsèques 2) La réfraction La netteté de l'image rétinienne sur la rétine influence directement le niveau d'acuité visuelle. Cette qualité de l'image dépend des défauts optiques du dioptre oculaire. Le pouvoir séparateur est directement influencé par l'existence des amétropies, puisque de la qualité d'image du test sur la rétine va dépendre la valeur de l'acuité. Ainsi un vice de réfraction d'environ deux dioptries réduit l'acuité à 0,1 (1/10ème). L'acuité visuelle brute (Vb), c'est à dire sans correction, peut être prévue par la règle de Swaine qui relie acuité visuelle (en dizième) et amétropie (A) en dioptries : Vb =0,25/A Cette règle suppose que l'accommodation n'intervient absolument pas et que le sujet ne peut pas avoir d'acuité supérieure à 10/10e. Elle ne s'applique que pour des amétropies compensées entre 0,25 et 2,5 dioptries. Cette règle n'a donc qu'une valeur indicative pour déterminer la sphère de meilleure acuité visuelle. Les imperfections du système optique, même chez l'émmetrope provoquent une perte du contraste sur la rétine. Il s'agit des aberrations sphériques, chromatiques et de la diffraction.

Facteurs intrinsèques 3) L'accommodation Il est nécessaire de ne pas solliciter l'accommodation pour mesurer l'acuité visuelle en réalisant les tests au-delà de 5 mètres. En vision de près, pour mesurer en dixième l'acuité, il faut tenir compte de l'accommodation déplaçant le point nodal de l'œil par rapport à la rétine et agrandissant l'image rétinienne (1/5 à 25 cm). Ainsi, les optotypes correspondants à 10/10 en vision de près doivent sous-tendre un angle de 4 minutes. De nombreuses planches de Parinaud respecte ce principe.

Facteurs intrinsèques 4) Transparence des milieux oculaires Il y a absorption de la lumière par toutes les opacités siégeant au niveau des milieux transparents

Facteurs intrinsèques 5) Topographie rétinienne L'acuité visuelle quelle que soit sa méthode de mesure variait de façon considérable selon la région de la rétine stimulée. Ainsi, l'acuité visuelle angulaire telle qu'on la mesure en clinique, teste la fonction des seuls cônes centraux sur un ou deux degrés avec un test de contraste maximum en ambiance photopique. Le degré d'acuité visuelle chute rapidement plus on s'éloigne de la fovéola, de telle sorte qu'à 5° du centre de la macula, l'acuité visuelle est seulement le quart de l'acuité fovéolaire.

Facteurs intrinsèques 6) Mouvements oculaires Un micro-nystagmus peut améliorer l'acuité en fournissant la même information à plusieurs récepteurs, en déplaçant l'image sur une surface rétinienne. 7) Binocularité L'acuité binoculaire est supérieure à l'acuité monoculaire. Le gain est de 20 %.

Facteurs intrinsèques 8) L'âge L'acuité visuelle de l'emmétrope varie avec l'âge et les méthodes d'examen. Elle n'est que de 0,1 (1/10) chez le nouveau né, de 0,2 à 0,3 (2 à 3/10) à un an, 0,5 (5/10) à quatre ans et 1 (10/10) vers cinq ou six ans. On peut rencontrer une acuité visuelle maximale de 1,5 à 2 (15 à 20/10) chez quelque adolescent entre quinze et vingt ans. Par la suite, l'acuité diminue en raison du jaunissement du cristallin, du myosis et de facteurs neuronaux pour se retrouver à 1 (10/10) entre cinquante et soixante ans, 0,7 (7/10) vers soixante-dix ans. Au-delà de quatre-vingts ans, une acuité de 0,5 (5/10) peut-être considérée comme normale. L'acuité visuelle normale varie dans des limites assez larges, comme le poids du corps ou le quotient intellectuel ou d'autres propriétés et fonctions de l'organisme. Dans la population normale, une acuité visuelle exprimée en minutes d'arc, a une distribution Gaussienne. Ceci montre qu'il existe plusieurs facteurs indépendants les uns des autres, déterminant le niveau de performance. La vitesse de perception, l'état de vigilance, l'émotivité ainsi que l'hypoxie sont également des facteurs de variation individuelle de l'acuité vis

Mécanisme Il est très complexe et plusieurs processus interviennent : Formation de l’image à travers le dioptre oculaire, Transformation de cette image en impulsion électriques au niveau de l’épithélium sensoriel, Transmission de cet influx nerveux le long des voies optiques jusqu’au cortex occipital, Où le message est décodé et interprété.

Fig.3 : L’oeil possède plusieurs parties distinctes d’un point de vue fonctionnel. Parmi celles ci on trouve la sclérotique (la partie blanche qui forme le globe oculaire), la cornée (couche translucide qui recouvre la partie externe du globe oculaire), l’iris (qui s’ouvre ou qui se ferme pour moduler la quantité de lumière entrant dans l’oeil), le cristallin qui focalise la lumière) et la rétine (ou l’énergie lumineuse est transformée en activité nerveuse).

B/ Les photorécepteurs Bâtonnet : photorécepteur spécialisé qui fonctionne à des intensités lumineuses faibles. Cône : photorécepteur spécialisé impliqué dans la perception des couleurs et assurant une forte acuité visuelle.

Fovéa : région qui forme une petite dépression au centre de la rétine et ou l’acuité visuelle est à son maximum ; ses champs récepteurs se trouvent au centre du champ visuel. Tache aveugle : Région de la rétine où les axones des cellules ganglionnaires forment le nerf optique. Cette région ne comporte pas de photorécepteurs et est donc aveugle.

L’acuité que l’on explore en clinique repose sur le fonctionnement des cônes fovéolaires; Tout stimulus visuel entraîne des mouvements réflexes de l’œil afin que l’image se forme sur la fovéa (uniquement constituée de cônes) Si la luminence du test est basse, un petit nombre de cônes est recruté, ils paraissent écartés et l’acuité est faible; Quand l’éclairement est intense, tous les cônes fonctionnent et l’acuité est maxima.

Mécanisme Un facteur anatomique favorise l’acuité fovéolaire, c’est l’unité de conduction, que Polyak a trouvé pour certains cônes fovéolaires : à un cône correspond une bipolaire puis une ganglionaire. Au niveau de la fovéa, la distance entre 2 cônes excité, séparé par un troisième non excité, est de 4,5 µ; cela correspond par rapport au point nodal à une distance angulaire de 1’. Théorie de Hering sur l’acuité Vernier, basée sur l’imbrication des cônes fovéaux d’après Y Legrand

Les neurones de la rétine L’agrandissement de la rétine présenté à gauche montre l’emplacement des trois couches de la rétine. Il y a quatre types de neurones dans la rétine : les cellules horizontales, bipolaires, amacrines et ganglionnaires. Notez que la lumière doit traverser toutes ces couches de neurones pour atteindre les récepteurs Cellule ganglionnaire : Type de cellules de la rétine qui donnent naissance au nerf optique. Il en existe deux types : les cellules magnocellulaires (type M) et les cellules parvocellulaires (type P). Cellule horizontale : Neurone de la rétine assurant des interactions latérales entre les photorécepteurs et les cellules bipolaires.

L’organisation des circuits nerveux rétiniens implique que la rétine centrale (fovéa) est plus discriminative que la rétine périphérique, par contre celle ci est beaucoup plus sensible.

Notre perception du monde est le résultat d’une stimulation des photorécepteurs rétiniens et surtout d’une construction mentale à partir des messages nerveux reçus. Cette construction mentale fait appel essentiellement à notre expérience visuelle ce qui peut être à l’origine des illusions d’optiques.

Conclusion L’acuité visuelle est complexe car de nombreux paramètres entrent en jeu.