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

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1 CHAP.IV L’œil et le cerveau et quelques aspects de la vision
Nous vivons dans un monde où les images sont omniprésentes, fixes ou animées, véhiculées par différents médias. Mais ces images traduisent-elles la réalité du monde qui nous entoure ? Cette interrogation n’est pas nouvelle, elle sous-tendait déjà le mythe de la caverne de Platon où Socrate démontre à son disciple Glaucon que l'on n'a du monde que des images (les « ombres ») personnelles limitées par ses propres moyens d'accès à la connaissance du réel. La représentation visuelle, qui passe par la perception visuelle, est le fruit d’une construction cérébral Quelles sont les caractéristiques biologiques de l’œil et le rôle du cerveau qui permettent la perception visuelle chez l’Homme et les autres animaux ?

2 IV.1 Organisation fonctionnelle de l’oeil
1) Organisation de l’œil

3 Une coupe transversale de l’œil révèle
que la première membrane traversée par la lumière est la conjonctive. Il s’agit d’une fine membrane transparente qui couvre le devant de l’œil et se replie pour tapisser l’intérieur des paupières. … en savoir un peu plus. La cornée est en continuité avec le blanc de l’œil, ou sclérotique (la paroi dure du globe oculaire et dans laquelle sont insérées des muscles oculaires (pour mouvements du globe oculaire) Située entre la sclérotique et la rétine, la choroïde est une couche richement vascularisée qui assure la nutrition de l'iris et de la rétine. Elle contient de nombreux pigments foncés qui font que l'intérieur de notre œil, visible à travers la pupille, est noir. L’humeur aqueuse et l’humeur vitrée jouent un rôle fondamental dans la focalisation de l’image sur la rétine grâce au phénomène de réfraction.

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5 2) Propriétés du cristallin Le cristallin est formé de
cellules vivantes allongées. (lentille vivante convergente) Il dévie la lumière et la focalise sur la rétine où se forme l’image il est souple ( en vision de près, il se déforme, de sorte que l’image se forme sur la rétine : c’est l’accomodation) Il est transparent car : pas vascularisé avec au centre ces cellules dépourvues de noyau et d’organites et contenant des protéines solubles : des cristallines. Cellules jointives, sans espace entre les cellules. NB : Au cours de la vie, ces Cellules renouvellent en permanence leur contenu. Ce renouvellement est indispensable à sa transparence. X30000 MEB

6 Structure de l’oeil: http://www.youtube.com/watch?v=fnEd9PJHBUo
3) Organisation fonctionnelle de la rétine MO X400 MO X600 La rétine : plusieurs couches de cellules nerveuses interconnectées: une couche de photorécepteurs, une couche de neurones bipolaires, une couche de neurones ganglionnaires . La répartition des photorécepteurs dans la rétine n’est pas homogène : aucun photorécepteur au niveau de la tâche ou point aveugle, que des cônes au niveau de la fovéa ou tâche jaune , seulement des bâtonnets à la périphérie de la rétine. Structure de l’oeil: Interprétation schématique

7 EX1 .recopier et compléter le tableau suivant EX2 .recopier
/ 7 pts EX1 .recopier et compléter le tableau suivant EX2 .recopier et compléter le tableau suivant EX3 (8,5 pts) QCM 2 de la page 369 : uniquement les Q : 1, 2, 3, 5 Question 3 p.369

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10 Commentaires du TP: La rétine est un tissu nerveux complexe formé de plusieurs couches de cellules nerveuses interconnectées. Les photorécepteurs sont des cellules nerveuses contenant des pigments capables de capter le stimulus lumineux . (Chez l’homme, il existe deux types de photorécepteurs : les cônes (6 millions 5%) et les bâtonnets (100 millions 95%)) Les bâtonnets sont sensibles aux faibles intensités lumineuses alors que les cônes sont sensibles aux lumières colorées et intenses. Les cônes permettent la vision des couleurs le jour et la perception des détails alors que les bâtonnets permettent la vision nocturne en nuance de gris et sans détails (la nuit tous les chats sont gris… ) Dans la rétine humaine: 3 types de cônes diffèrent par le pigment (les opsines). Ces opsines ont une sensibilité différentes aux lumières colorées. On a ainsi des cônes réagissant au rouge ou vert et au bleu. Ils permettent la vision trichromatique de toutes les nuances de couleurs. Les bâtonnets contiennent un autre pigment, la rhodopsine. Quelles sont les caractéristiques de ces photorécepteurs?

11 IV.2 Les photorécepteurs : un produit de l’évolution
…Et un bon exemple pour étudier les liens de parenté et l’évolution entre les êtres vivants) Dans un tableau de données, définir les caractéristiques biologiques, génétiques et la localisation des gènes codant pour les opsines chez l’Homme. Ressources: Doc 2 et 3 p.352 et 353 pigments Caractéristiques biologiques (spectre d’absorption) Caractéristiques et localisation génétiques Max.d’absorption à 560 nm (rouge) Opsine L Géne sur chr.sex.X Max.d’absorption à 530 nm (vert) Gène sur chr.sex.X (en 2 exemplaires) Opsine M Max.d’absorption à 420 nm (bleu) Gène sur le chr.N°7 Opsine S Titre: Les caractéristiques biologiques et génétiques des pigments rétiniens (cônes) Grâce à ces 3 types de cônes contenant 3 types de pigments rétiniens, la vision de l’Homme est dite trichromate (il reconstitue toutes les couleurs du spectre visible)

12 2) Q.3 p.352 ou préciser l’origine possible des anomalies de la vision
Ressources: Doc 2 et 3 p.352 et 353 Photos doc 3b analyse Origine possible de l’anomalie Photo 2 Photo 3 Altération de la sensibilité au vert Le gène de l’opsine M est absent du chr.X Deutéranopie Présence d’un gène Hybride LM sur le chr.X Altération de la sensibilité au rouge Protanopie Les cônes visuels humains contiennent des pigments codés par des gènes. Chez les dichromates, l’un des 3 pigments de cônes fait défaut ou il existe un gène Hybride anormal. NB: Les anomalies (en général) de la vision des couleurs sont moins fréquente chez les femmes, puisqu’elles possèdent deux chromosomes X. Animation explicative « La vision des couleurs »: Comment expliquer l’évolution de la vision chez les êtres vivants à partir de l’étude génétique des opsines?

13 3) Etude évolutive de la famille multigénique des opsines
En activité complexe évaluée.

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15 Avant de démarrer votre activité…
Comment expliquer ces différentes visions ? (la vision des couleurs dépend des pigments (opsines) contenus dans les cellules à cône de la rétine. le Saïmiri voient la perruche … Le Chimpanzé, le Macaque et (l’Homme) voient la perruche… Comment expliquer (génétiquement) que certains êtres vivants ont une vision trichromatique ? (… une opsine de plus) Hypothèse ? Les opsines sont certainement apparues et se sont accumulées dans le génome des animaux les unes après les après les autres dans l’évolution. Mais par quel mécanisme ? Comment vérifier cette hypothèse ? Les opsines doivent être génétiquement proches (séquences nucléotides des gènes et séquences peptidiques des protéines). Les différences entre les molécules sont le résultat de mutations … Votre activité personnelle commence ici…

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17 Expression des gènes Temps
Le mécanisme génétique de la création de nouveaux gènes Chr X D = Duplication T = Transposition M = Mutation T M M M Chr 7 D M D Un gène ancestral commun Expression des gènes M M M Famille Multigénique Les 3 opsines humaines Temps

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

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

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

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

22 Doc sous scribe/ données

23 Le patient Y, dont le cortex occipital droit est lésé, présente une perte de vision
dans l'hémi-champ gauche de chaque œil. La patiente Z, dont la zone médiane du chiasma optique est comprimée, manifeste une perte de vision limitée aux deux côtés de son champ visuel. La patiente X, des objets situés dans la partie gauche du champ visuel ne sont pas pris en compte : on parle d'héminégligence. Il est par ailleurs indiqué que la zone pariétale droite de son cortex a été lésée à la suite de son accident vasculaire cérébral.

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

25 Q2 p.356 avec le Doc 2 p.356, pour vous entraîner…
Différentes données cliniques permettent de visualiser les voies visuelles Expérimentations  Trajet des informations visuelles depuis l’œil jusqu’au cerveau

26 B) Perception et plasticité cérébrale

27 Eléments de correction (contenus et méthode)
Expliquer et rassurer… Expliquer l’évolution de cette capacité de lecture en miroir… Conclusion:

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29 C) Les perturbations chimiques de la vision
Effet des drogues sur l’activité cérébrale

30 les supports disponibles ?
Des éléments de correction méthodologiques et scientifiques Lecture du sujet Quelle proposition(s) de démarche(s) à adopter pour répondre à votre sujet et avec les supports disponibles ? On en discute ensemble… Sous quelle forme doit être construite notre réponse? Captures d’écrans + insertion dans votre synthèse

31 Eléments de réponse RASTOP

32 On sait maintenant que la structure spatiale du LSD
Des éléments de correction méthodologiques et scientifiques Le THC du Cannabis Site à visiter: _m/i_03_m_par/i_03_m_par_cannabis.html#drogues entraîne une faible libération de dopamine selon un mécanisme encore mal compris. Les récepteurs au THC (cannabinoïdes) sont présents en forte densité dans le système limbique. On sait maintenant que la structure spatiale du LSD présente une forte similitude avec la sérotonine, un neurotransmetteur présent au niveau des synapses des réseaux de neurones qui relaient l'information visuelle entre la rétine et le cortex visuel. Le LSD inonde les synapses à sérotonine très rapidement après son ingestion, ce qui explique l'apparition de perceptions visuelles sans lien avec la réalité.

33 Pour en savoir un peu plus, sans être exigible…
Des études expérimentales ont montré que, rapidement après la prise, de fortes concentrations de LSD se trouvent dans la zone relais des voies visuelles et que les neurones du corps genouillé latéral sont actifs. D'autre part, par des moyens d'imagerie médicale, une activité dans certaines zones cérébrales peut être enregistrée quand le sujet a soit des illusions visuelles soit des hallucinations. Les drogues provoquent en outre des perturbations cérébrales graves :
- « flash-back » ou résurgence d’hallucinations et de crises de panique longtemps après l’arrêt de prise de drogue ;
- accoutumance qui se traduit par une diminution de l’effet de la drogue au fur et à mesure des prises, ce qui conduit à augmenter les doses ;
- dépendance physique car l’arrêt de la consommation de drogue provoque des troubles importants ;
- dépendance psychologique quand la drogue est prise pour continuer à se sentir bien.
Ces troubles sont source d’accidents, d’échec scolaire, professionnel ou sentimental, de marginalisation, etc.