L'œil et la vision (1ère S)

Publié le par svtmarcq.over-blog.com

Voici un tableau qui a été peint au XVIème siècle par le peintre italien Giuseppe Arcimboldo. Il représente le portrait de l'Empereur Rodolphe II en Vertumne (dieu latin des jardins).

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Plusieurs constations s'imposent concernant la vision de ce tableau :

— l'œil distingue les couleurs.

— on interprète en 3D, ce que le peintre a représenté en 2D

— on interprète comme un visage, ce qui n'est qu'une accumation de fleurs et de légumes. L'œil n'étant qu'une boîte optique, on peut supposer que le cerveau intervient dans ce processus.

 

Regardons mantenant cette gravure de Cornelis Escher, un artiste hollandais du XXème siècle.

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En observant attentivement, on constate qu'il y a quelque chose qui ne va pas dans cette gravure. L'artiste a met en défaut l'interprétation que fait le cerveau de cette image. On a un paradoxe visuel.

 

le plus simple pour étudier el fonctionnement d'un organe comme l'œil est d'en faire la dissection. Nous travaillons sur un œil de veau.

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On coupe l'œil transversalement de façon à obtenir deux moitiés.

Ici la moitié qui contient la rétine de couleur noire.

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L'autre moitié contient le cristallin, noyé dans l'humeur vitrée.

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Schématiquement, l'œil se présente ainsi.

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Dans un premier temps nous allons nous interressé au cristallin.

Le cristallin est une structure vivante constituée de cellules qui forment des couches concentriques.

Photo au MEB des cellules du cristallin.

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Ces couches concentriques évoquent un peu les peaux de l'oignon. Ce sont les cellules périphériques qui possèdent un noyau et qui peuvent donc se diviser par mitose. Les autres cellules perdent leur noyau et deviennent donc inactives. La division des cellules du cristallin s'arrête vers 20 ans.

Le schéma suivant met en évidence la structure du cristallin.

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Le cristallin joue le rôle de lentille convergente permettant à l'œil de voir. Il faut que l'image se forme sur la rétine. Comme l'objet observé peut être à des distances différentes, le cristallin doit réagir en se déformant. C'est l'accommodation.

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Avec l'âge le cristallin devient moins élastique. C'est la presbytie qui apparaît autour de 50 ans. Il faut alors porter des lunettes pour remplacer l'accomodation.

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D'autres problèmes qui touchent le cristallin sont des maladies. On peut citer la cataracte qui est une opacification du cristallin.

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Comment voit-on la lumière et la couleur ?

Au fond de l'œil, il existe une membrane formée de 3 couches de cellules. Cette membrane s'appelle la rétine.

 

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Depuis le bas vers le haut, on peut voir la couche de neurones ganglionnaires, la couche de neurones bipolaires et la couche de cellules à cônes et à bâtonnets. Lorsqu'on parle de neurone, il s'agit des cellules nerveuses.

Si on regarde plus spécifiquement la couche des cônes et des bâtonnets, on peut observer ceci au MEB (microscope éléctronique à balayage). En orange les cônes, en jaune les bâtonnets.

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SI on soumet un cône à un flash lumineux et qu'on enregistre la DDP (différence de potentiel, c.a.d. une faible tension) entre l'intérieur de la cellule et l'extérieur, on constate une variation. Les bâtonnets (et les cônes) sont donc sensibles à la lumière. Ce sont des photorécepteurs.

Si on regarde la répartition des cônes et des bâtonnets sur la rétine, on constate que le bâtonnets sont beaucoup plus nombreux. En même temps la répartition n'est pas homogène sur la surface de la rétine.

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Le disque optique ou point aveugle correspond à un zone où il n'y a aucun photorécepteurs. L'axe optique (excentricité 0) est aussi appelé fovéa.

 

Une étude précise des photorécepteurs, permet de constater que les cônes sont sensibles aux couleurs alors que les bâtonnets sont sensibles à l'intensité lumineuse.

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Il y a trois types de cônes, des cônes sensibles au rouge, des cônes sensibles au bleu et des cônes sensibles au vert.

Les cônes serviront donc essentiellement à la vision diurne (jour) pour la vision des couleurs, alors que les bâtonnets interviendront pour la vision crépusculaire et nocturne.

On peut donc schématiser la rétine de la façon suivante :

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Ce sont donc les cônes et les bâtonnets qui recoivent l'information lumineuse qu'ils transmettent ensuite aux neurones bipolaires puis aux neurones ganglionnaires qui se réunissent pour former le nerf optique.

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 La vision des couleurs est due à la présence dans les cônes à un pigment appelé l'opsine. Les trois opsines sont différentes.

Le gène qui code pour l'opsine bleue est appelé S, il est porté par le chromosome n°7.

Le gène qui code pour l'opsine rouge, appelé L, est porté par le chromosme X.

Le gène qui code pour le vert, appelé M, est parté par le chromosome X.

Si on considère qu'il existe deux allèles pour chaque gènes, dont le récessif est non fonctionnel, on aura plus d'anomalies de vision des couleurs chez les hommes que chez les femmes.

Une femme hétérozygote (XLXl) est porteur de l'allèle muté mais verra correctement le rouge. En revanche un homme (XlY) ne verra pas les couleurs car l'allèle muté est seul.

Grâce aux opsine on peut étudier les relations qui existe entre les différents primates. On parle de phylogénie.

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On peut constater que la vision des couleurs n'est pas la même chez tous les primates.

On peut analyser les différences existant au niveau de l'ADN codant pour les différentes opsines. On obtient ceci.

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On constate que l'opsine S est bien plus différente des deux autres que celles-ci entre elles. Si on considère que tous les gènes codant pour les opsines proviennent d'un même gène ancestral, on a une famille multigénique. Plus le nombre de différences est grand entre deux gènes et plus la différenciation des gènes s'est produite il y a longtemps.

On peut donc, par exemple, établir un modèle hypothétique de la diférenciation des gènes L et M :

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Il est plus facile de travailler sur des protéines que sur des molécules d'ADN. Comme c'est l'ADN qui code pour une protéine, les variations de l'ADN (mutations) se retrouveront dans les protéines. On établit donc le nombre de différences entre les protéines (ici les opsines) chez différentes espèces. On construit un tableau ou matrice établissant les différences.

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A partir de ces différences, on peut construire un arbre phylogénétique des différents primates. On constate que l'homme, le chimpanzé et le bonobo sont très proches.

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Les relations entre cerveau et vision sont très importantes et très complexes. Le cerveau est constitué de 4 lobes.

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L'aire visuelle est située au niveau du cortex occipital. Le cortex est la partie la plus externe du cerveau. Elle contient tous les neurones cérébraux.

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Comment se fait la jonction entre le cerveau et les yeux ?

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On constate que les nerfs optiques gauche et droit se croise au niveau du chiasma optique. A l'intérieur des nerfs, on a des fibres nerveuse qui véhicule un influx de nature électrique.

Comment se répartissent ces fibres ?

On fait la série d'expériences suivantes :

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On peut en conclure qu'une partie des fibres du nerf optique droit est en connexion avec l'aire visuelle gauche et que l'autre partie est en connexion avec l'aire visuelle droite. Idem pour les fibres du nerf optique gauche.

L'aire visuelle est elle même découpée en plus petites aires qui s'appellent V1, V2, etc…

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Chacune de ces aires est spécialisée dans une fonction particulière. La vision des couleurs active, par exemple, l'aire V4 comme l'indique cette imagerie fonctionnelle d'un cerveau humain.

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Une image très complexe comme celle-ci active plusieurs zones de l'aire visuelle en même temps. Pour avoir une image, il faut qu'il y ait intégration de ces différentes informations par le cerveau.

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Dans certains cas, le cerveau a des difficultés à interpréter l'image, car celle-ci a des significations multiples. C'est le cas de ce dessin baptisé "Ma femme et ma belle-mère".

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De nombreux champignons contiennent des substances hallucinogènes. On peut citer la psylocibine qu'on trouve dans le champignon divinatoire du Mexique

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ou dans l'Amanite-tue-mouche.

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Un des hallucinogènes les plus célèbres est l'acide lysergique qu'on trouve dans un champignon parasite su seigle, qu'on appelle l'Ergot du seigle.

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Le pain ergoté est connu pour produire des hallucinations chez celui qui le mange. L'acide lysergique a été synthétisé et produit sous le nom de LSD et largement utilisé dans les années 60 avant son interdiction.

La formule chimique du LSD est la suivante :

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On s'est aperçu que cette molécule a des points communs avec une molécule de neurotransmetteur appelée sérotonine. Cette sérotonine agit sur la sensibilité, le sommeil et l'humeur.

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Un neurotransmetteur est une substance produite par les neurones et permettant le passage de l'influx nerveux d'un neurone à un autre au niveau d'une structure appelée synapse.

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L'action du LSD s'explique par le fait qu'il prend la place de la sérotonine sur les récepteurs spécifiques. Il modifie ainsi la sensibilité du sujet à son environnement, créant des hallucinations.

L'activité du cerveau n'est pas figée et s'adapte continuellement aux modifications qui peuvent l'influencer.

Une première série d'expériences a été faite chez le chat.

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Si on ferme l'œil d'un chaton pendant 2 mois, on constate que les neurones qui lui correspondent disparaissent. Lorsqu'on ouvre l'œil du chat, celui-ci reste aveugle (exp b).

Si on fait la même expérience sur un chat adulte, le chat retrouve la vision de l'œil qui a été suturé (exp c).

En utilisant l'imagerie médicale, on a soumis des sujets volontaires à avoir les yeux bandés pendant plusieurs jours. On s'aperçoit que l'apprentissage du braille est plus rapide que chez des sujets aux yeux non bandés.

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On s'aperçoit qu'au 5ème jour, l'air visuelle est stimulée par la lecture du braille alors que le sujet ne voit rien. Dès qu'on enlève le bandeau (jour 6), cette stimulation disparaît.

On appelle cette capacité du cerveau à modifié son fonctionnement, la plasticité cérébrale.

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délégué 21/09/2016 09:08

bonjour gustave

Alexis 03/10/2012 20:17

Bonsoir, je suis en 1ere S et je tiens à vous remercier pour cette explication très claire et bien illustrée!

Collaudin 21/09/2016 09:03

BG

messieur 14/04/2015 15:59

bat les couilles