Cours de psychologie

La vision

Neurobiologie

 

La Vision

 
 

I. Les propriétés fonctionnelles de la vision.

 

 

1. Les propriétés optiques de l’œil :

 

Cornée = objectif.

Iris et pupille = diaphragme

Cristallin = lentille.

Choroïde et sclérotique = boîtier et chambre noire.

Rétine = couche photosensible.

Nerf optique = connectique.

 

 

Les photons rentrent dans l’œil.

L’œil est un appareil qui est fait pour recevoir la lumière.

La cornée protège l’œil.

L’iris s’élargit ou se rétracte.

Quand il y a beaucoup de lumière : pupille la plus petite possible.

Le cristallin permet d’ajuster sa vision, permet une juste convergence sur la rétine.

Couche photosensible = rétine : elle capte les photons.

Le nerf optique c’est le faisceau de tous les axones de la rétine.

Choroïde, membrane qui contient les vaisseaux sanguins.

La rétine contient des neurones sensibles à la lumière et capables de transmettre les signaux visuels aux centres encéphaliques. Elle fait partie du système nerveux central.

On dit que la pupille se dilate : faux ! C’est l’iris qui se rétracte pour laisser passer plus de lumière.

 

L’image est inversée sur la surface de la rétine. Le cerveau s’occupe de remettre l’image à l’endroit.

Voir flou c’est lorsque les cellules ne convergent pas au niveau de la rétine.

 


Le pouvoir séparateur. L’image est à l’endroit. Le pouvoir séparateur dépend de la densité de cellule sur la rétine : plus on a de récepteurs sur la rétine, plus la sensibilité sera importante. Le pouvoir séparateur permet de distinguer plusieurs stimuli spécifiques séparément.

 

 

Le muscle ciliaire : attaché au cristallin, permet de modifier la forme du cristallin/lentille : rend plus ou moins ovale ou rond. Les faisceaux lumineux convergent plus ou moins sur la rétine.

  - Emmétropie : c’est la vision normale, les faisceaux se croisent au niveau de la rétine, image nette.

  - Myopie : vision mauvaise de loin, les faisceaux lumineux se croisent avant d’atteindre la rétine, donc arrivent décalés. Vision floue. Quand le myope force, il tente de déformer un peu plus la lentille pour ajuster les faisceaux.

  - Hypermétropie : vision mauvaise de près, les faisceaux lumineux ne se croisent pas en atteignant la rétine (vont plus loin). Vision floue.

 

 

On a un angle de vision de 150° à la verticale et 180° à l’horizontale. C’est relatif, variable d’une personne à l’autre. Relativement bon champ visuel par rapport aux autres animaux.

Le champ de vision diminue avec la vitesse :

  - A 40 Km/h : 100° horizontalement.

  - A 70 Km/h : 75°.

  - A 100 Km/h : 45°.

  - A 130 Km/h : 30°. 

Sur une autoroute, on a l’illusion que l’on voit bien car l’œil fait des saccades, c’est-à-dire qu’on déplace continuellement notre champ de vision.

Système visuel adapté à la vitesse de notre marche et non a celle des divers véhicules.

Effet tunnel chez les pilote de chasse, trou noir partout et ne voit plus qu'une minuscule cible.

 

2. Le champ visuel fovéal :

 

Le champ fovéal : centre de la vision, environ 2° d’angle (correspond à la vision d’un ongle à bout de bras). C’est ce qu’on voit toujours avec précision. Contient des cônes.

→ La vision fovéale est due à la macula : il y a le renfoncement sur la rétine : on a les cellules en cône. Les autres cellules sont poussées, écartées. Quand la lumière ne rentre pas droit, il faut traverser différentes couches.

Le champ périphérique : tout le reste, scène visuelle qui n’est qu’une représentation mentale. Contient des bâtonnets.

 

 

Saccade : bref mouvement des yeux permettant de modifier la direction du regard vers un nouveau point de fixation. Les saccades sont les mouvements les plus rapides du corps, 250 à 450° par seconde.

Comment faire pour reconstituer la scène ?

Notre œil prend une série de photos. Il y a des saccades oculaires pour scanner la scène. Le cerveau s’occupe de reconstituer l’image.

Il ne faut pas confondre avec le nystagmus : tremblement de l’œil qui permet qu’il n’y ait pas d’habituation cellulaire. !! Peut être pathologique si l’œil vibre en permanence !

Si nous voulons avoir l’illusion de voir toute la scène, il faut prendre des photos du reste, trace de la position du regard au niveau fovéal. Permet de mesure ou le regard se porte et enregistre le tracé. Le tracé du champ visuel, une sorte de petit nœud correspond à un arrêt du regard, scan du visage avec une saccade, une photo et ainsi de suite. C’est grâce à cette série de photo extrêmement rapide que le cerveau nous donne l’illusion de voir l’entièreté de la scène.

Dans un visage le regard se concentre sur les yeux, le contrôle yeux bouche plus nez et l'ovale du visage, ces éléments seul permettent de reconnaitre un visage. Les hommes peuvent également percevoir la rougeur des pommettes, la rougeur et le gonflement des lèvres qui sont des signes d'excitation sexuel. De même que la dilatation des pupilles.

Les nouveaux nés sont capables de reconnaitre leurs mères après quelque minute de vie. Si on présente de visage, celui de sa mère et un autre, le nouveau-né reconnait sa mère.
 

L’habituation : Les yeux ont toujours un tremblement pour que limage soit toujours au même endroit sur la rétine. Si on stimule toujours le même récepteur, il ne répond plus, les cellules visuelles périphériques ne répondent plus. L’habituation concerne surtout le champ périphérique.

→ Si on prend l’exemple si contre bien sur un fond blanc. A fixer le point noir central, au bout d’un petit moment le contour gris disparaît pour se fondre dans le blanc. La vision périphérique s’habitue.

Tous les jours, les petits tremblements de l’œil empêchent l’habitude.

Si changement trop lent, on ne détecte pas. Notre vision a des problèmes à voir des modifications lentes de couleur. Le système n’est pas capable de distinguer des mouvements ou changements lents.

 

 

3. La tâche aveugle :

 

Tâche aveugle ou tache aveugle ou tache de Mariotte ou encore papille optique : correspond à un point sur la rétine qui est dépourvu de photorécepteurs et qui est ainsi complètement aveugle, où le nerf optique quitte l’œil.

Au niveau de la papille optique, il n’y a pas de cellules photosensibles. Il n’y a que des fibres.

Le point aveugle d’un œil ne tombe pas au même endroit que celui de l’autre œil.


Le point aveugle ne choque pas car :

                - Le cerveau utilise la vision de l’autre œil.

                - Les deux yeux se compensent.

                - Le champ visuel est tout le temps reconstruit.

 

 

 

II. L’anatomie fonctionnelle du système visuel.

 

 

1. De la rétine au cortex :

 

La vision fovéale a un aspect fonctionnel.  Il s’agit de la macula, pas de la fovéa.

→ La macula c’est la zone anatomique, la fovéa c’est fonctionnelle.

 

La lumière traverse les 3 couches de cellules de la rétine avant de toucher les cellules réceptrices. Ces trois couches sont :

   - Les cellules ganglionnaires : leur axone forme le nerf optique.

   - Les cellules bipolaires.

   - Les cellules photo réceptrices.

Les cellules photoréceptrices se connectent aux celles bipolaires qui se connectent aux cellules ganglionnaires.

La macula est une zone particulière, les cellules ganglionnaires et bipolaires s’écartent pour laisser passer plus facilement la lumière qui touche les cellules photoréceptrices.

Photorécepteur : peut désigner un neurone sensoriel sensible à la lumière que l'on trouve sur la couche postérieure de la rétine (on parle alors de cellule photoréceptrice ou neurone photorécepteur) ou alors la molécule qui assure la transduction de l'énergie lumineuse en signal biochimique au sein de la cellule photoréceptrice.

 

Les cellules réceptrices de la zone photoréceptrices :

  - Cônes : uniquement au niveau de la macula, permettent la vision fovéale. Il y en a 4 millions.

  - Bâtonnets : sur tout le reste de la rétine, permettent les nuances lumineuses. Il y en a 100 millions.

Proportionnellement, il y a plus de cônes.
Ils sont constitués de disques au segment externe : lieu de la transduction : passage du stimulus physique en signal nerveux. Leur axone se dirige vers les cellules bipolaires. Ce qui explique comment sont reçus les photons.

 

 

Ces photorécepteurs ont des pigments différents : 

  - Cônes : les pigments sont pour la couleur. C’est le cerveau qui crée les couleurs grâce à 3 classes d’opsine. La sensibilité à la lumière est faible mais la résolution spatiale est élevée.

  - Bâtonnets : les pigments sont pour la différence de luminosité (en noir et blanc). Classe de rhodopsine. La sensibilité à la lumière est élevée, tandis que la résolution spatiale est faible.

Donc, la couleur se fait uniquement dans le champ fovéal.

 

Les 3 couleurs primaires : rouge, vert, bleu.

3 types de cônes qui diffèrent par le pigment qu’ils contiennent :

                - Cônes S : sensibles aux longueurs d’ondes courtes = bleu. 5 à 10% des cônes.

                - Cônes M : sensibles aux longueurs d’ondes moyennes = vert.

                - Cônes L : sensibles aux grandes longueurs d’ondes = rouge.

C’est avec ces 3 couleurs que l’on construit les couleurs du monde extérieur.

Attention, ne perçoivent pas les couleurs ! Ne font que refléter le nombre de photons qu’ils captent.

 

Anomalie visuelle dans les couleurs :

   - Deutéranopie : anomalie visuelle, manque le vert (le plus fréquent).

   - Protanopie : anomalie visuelle, manque le rouge.

   - Tritanopie : anomalie visuelle, manque le bleu (très rare).

   - Achromatope : anomalie visuelle, voit tout en nuance de gris (le plus rare).

 

Système photopique : pour les cônes. Système scotopique : pour les bâtonnets.

 

 

Pour que les cônes s’activent, il faut beaucoup de lumière.

Les bâtonnets s’activent mieux pour la vision nocturne.

A la lumière du jour, les bâtonnets cessent de fonctionner. Inversement, dans l’obscurité on perd les cônes.

Vision scotopique : niveau d’éclairement bas, la perception n’est due qu’aux bâtonnets.

Vision photopique : niveau d’éclairement élevé, la perception n’est due qu’aux cônes.

Vision mésopique : niveau d’éclairement moyen, bâtonnets et cônes sont actifs.

 

 

2. Les cellules de la rétine :

 

Transduction : traduction du signal physique en signal nerveux, ici, c'est la traduction d’une certaine quantité de lumière en un certain nombre de potentiel d’action.

Phototransduction : transduction à partir d'un photon lumineux.

Au disque des photorécepteurs, il y a des récepteurs métabotropes.

Récepteurs métabotropes : protéines membranaires qui changent leur conformation et activent une cascade d'événements intracellulaires. En général, les récepteurs métabotropes sont couplés à des molécules associées à la membrane appelées protéines G trimériques. L'activation du récepteur entraîne la dissociation de la protéine G qui va alors interagir directement avec un canal ionique ou bien déclencher une cascade de signalisation intracellulaire impliquant différentes protéines effectrices.

 

 

La lumière qui éclaire un photorécepteur, cône ou bâtonnet, produit une hyperpolarisation de la membrane.

Les photons vont frapper la rhodopsine qui change de conformation traditionnelle (change de forme) et active une protéine G la transducine, qui à son tour active la phosphodiestérase qui hydrolyse le GMP cyclique ce qui ferme le canal sodium (c’est une hyperpolarisation).

En temps normal, les canaux sodium sont ouverts, mais en recevant un photon, ils se ferment.

Un photon de lumière peut bloquer l’entrée de plus d’un million d’ions Na+.

Donc, la transduction du signal photonique démarre avec une hyperpolarisation.

 

Transducine : protéine G (aussi appelée protéine Gt) qui, est activée par la rhodopsine lorsque cette dernière a été excitée par la lumière (par modification de la conformation de sa molécule de cis-rétinal). Une fois que cette protéine est activée, elle stimule à son tour la phosphodiestérase qui commence à hydrolyser la GMP cyclique.

Protéines G : protéines qui permettent le transfert d'informations à l'intérieur de la cellule. Elles participent ainsi à un mécanisme appelé transduction du signal.

Rhodopsine ou pourpre rétinienne : pigment protéique photosensible présent dans un des deux types des cellules photoréceptrices de la rétine (les bâtonnets). Elle est responsable de la sensibilité de l'œil à la lumière.

Phosphodiestérase : enzyme hydrolysant les liaisons phosphodiester, un groupe de liaisons riche en énergie reliant entre eux des atomes de phosphore dans un groupement phosphate et deux autres molécules via deux liaisons ester.

GMP cyclique : est le produit de la guanylate cyclase qui hydrolyse le GTP en formant une liaison ester interne entre le phosphate restant qui reste lié au Carbone n°5’, et la fonction alcool secondaire du Carbone n°3’.

 

Les cellules à l’état normal, photosensibles sont dépolarisées et envoient des neurotransmetteurs au niveau des cellules bipolaires.

Quand il y a de la lumière, il y a une hyperpolarisation, le canal se ferme et arrête d’envoyer des NT.

A ce niveau, il y a 3 synapses :

  - Une pré-synaptique (canal fermé).

  - Deux post-synaptiques : on : lumière ; off : pas lumière.

Donc, la connexion photoréception, au niveau bipolaire, la synapse on est inhibitrice, et la synapse off est activatrice.

Si l’on éclaire le centre du champ récepteur d’une cellule ganglionnaire ON, on déclenche PA.

Si l’on éclaire le centre du champ récepteur d’une cellule ganglionnaire OFF, réduit sa fréquence de décharge.

Chaque cellule bipolaire a ses récepteurs.

 

 

Photons → cellule réceptrice → hyperpolarise (pas de neurotransmetteurs), donc il devient inhibiteur. De là, c’est partagé en deux trajets :

  - Cellule on est inhibée, donc elle s’active (inhibition par inhibition). Elle fait libérer des neurotransmetteurs qui activent la cellule on ganglionnaire.

  - Cellule off n’est plus activée, elle ne libère plus de neurotransmetteurs qui n’activent plus la cellule off ganglionnaire (décharge diminuée).

Inversement : si cellule non stimulée, les canaux sont ouverts, bâtonnet dépolarise, il décharge beaucoup de neurotransmetteurs :

  - Qui va inhiber la cellule on qui à son tour inhibe la cellule on ganglionnaire (décharge diminue).

  - Qui active cellule off, dépolarisation, neurotransmetteurs.

 

Ces 2 types de cellules bipolaires répondent de manière différente. Pour un même NT, on a 2 réponses différentes de la part des cellules. Normalement, la cellule est inhibée par le glutamate, off est activé par ces NT. 
Inhibition latérale : crée du contraste. En bloquant l’activité des cellules voisines, on augmente l’acuité du signal.

 

3. De l’œil au cortex :

 

 

 

L’essentiel de la perception visuelle consciente est due à la voie visuelle primaire.

Les axones des cellules ganglionnaires constituent le nerf optique.

Part du nerf optique, il y a une décussation partielle des fibres au niveau du chiasma optique. Les fibres font synapse au niveau des corps genouillés latéraux (structures sous-corticales).

Les corps projettent les axones au cortex visuel primaire et secondaire via les radiations optiques (ensemble de fibres).

 

La projection respecte une rétinotopie : 2 neurones proches se retrouvent voisins dans le champ visuel.

 

Chiasma optique : partie du cerveau où les deux nerfs optiques se croisent.

Corps genouillé latéral : partie du cerveau qui traite l'information visuelle provenant de la rétine.

 

Les axones des cellules ganglionnaires quittent la rétine → dans papille optique s’assemblent et forment le nerf optique → chiasma optique où ils décussent → radiations optiques et corps genouillé latéral → cortex visuel.

 

 

Ce qui est vu dans le champ visuel gauche, est traité par l’hémisphère droit. Et inversement.

On parle d’hémirétine interne et externe (moitié de la rétine par rapport à l’axe vertical). Ici, le faisceau frappe l’hémirétine interne droit et l’hémirétine externe gauche. Les 2 se projettent dans l’hémisphère gauche.
L’hémirétine interne décusse, l’hémirétine externe reste ipsilatéral.

Ipsilatéral : reste du même côté.

Contraléral : part de l’autre côté.

 

A partir des corps genouillés, les neurones projettent non seulement au cortex, mais aussi aux structures sous-corticales.

Le noyau d’Edinger-Westphal (assure l’innervation du muscle de l’iris) passe au colliculus supérieur (structure proéminente de la face dorsale du mésencéphale qui coordonne les mouvements de la tête et des yeux vers des cibles visuelles. Tubercules quadrijumeaux : masses arrondies de l’encéphale). Ces noyaux sont l’accommodation, gérés au niveau du colliculus supérieur, qui contracte les muscles ciliaires qui déforment le cristallin.

 

Les axones des cellules ganglionnaires quittent la rétine → dans papille optique s’assemblent et forment le nerf optique → chiasma optique où ils décussent → radiations optiques et corps genouillé latéral → prétectum (pour le réflexe pupillaire à la lumière) → noyau d’Edinger-Westphal → crée la fibre parasympathique préganglionnaire → ganglion ciliaire.

 

4. Le cortex visuel :

 

Les 2/3 du cerveau sont concernés par le traitement de la vision (mais pas que). C’est pourquoi ce sens influence tellement.

Chaque cellule visuelle a un champ récepteur restreint.

Aires visuelles : sont responsables de l’analyse du signal visuel reçu par la rétine.

Cécité centrale : cécité provoquée par un problème dans le cerveau et pas dans les yeux.

 

 

Le cerveau est divisé en aires visuelles, appelées des cartes visuelles :

  - Les aires V1 (Vortex visuel primaire, correspond à l’aire 17 de Broadman) et V2 : Localisés au niveau occipital sur la surface extérieure et des hémisphères cérébraux. Ces aires jouent un rôle très important dans la perception des contours. Elles restent incontournables dans toute perception visuelle fine. V1 voit les pixels, traite la géométrie.

  - L'aire V3 : les scientifiques n'ont pas clairement identifié cette aire.

  - L'aire V4 : cette aire joue un rôle dans la perception des couleurs comme l'a démontré Semir Zeki de l'University College de Londres. Mais les spécialistes pensent que d'autres régions y sont associées. Répond pour la couleur indépendamment de la direction du déplacement.

  - L'aire V5 (aussi appelée HT) : elle joue un rôle dans la perception des mouvements comme le montrent des expériences par imagerie à résonance magnétique. Répond sélectivement à la direction du déplacement d’un bord, quelle qu’en soit la couleur.

 

 

Comment fonctionne V1 ?

Le chat anesthésié est muni de lentilles de contact assurant une focalisation de sa vision sur l’écran où sont projetés des stimuli visuels. Une électrode extracellulaire enregistre les réponses des neurones.

Les petites barres orientées construisent notre vision. Arrivée au cortex, l’image est explosée pour que chaque aspect visuel soit traité indépendamment.

Les neurones de V1 répondent différemment en fonction de l’angle de la barre, plus précisément, répondent de manière privilégiée à un angle privilégié (la cellule décharge). Plus on s’éloigne de cet angle et moins la cellule décharge.

Le champ récepteur de V1 est tout petit. Plus on s’éloigne, donc plus on entre dans le traitement, et plus le champ récepteur grandit.

 

Les lésions :

  - V1 : on devient aveugle, c’est le blindside. Lésions du cortex visuel primaire. Zone 17 lésée. Pas totalement aveugle car si on nous lance un objet, on peut le récupérer, car il y a d’autres structures corticales qui s’occupent du mouvement (comme V5). La personne pense être aveugle.

  - V4 : gère les couleurs, donc si lésion cela vient d’un défaut de maturation (ex : un homme est né daltonien, mais à l’adolescence les couleurs sont apparues). Les couleurs se perçoivent dans une sorte d’aura qui flotte au-dessus d’un objet. Mais si cela vient d’un défaut de maturation, en trouvant une fonction adulte V4 ne colle pas avec les autres cartes visuelles, car les autres ont appris à créer l’univers sans elle.

  - V5 : on ne perçoit plus les mouvements, succession de photos (comme dans une discothèque sous la lampe).

 

Au niveau du cortex inféro temporal : différents neurones spécialisés (dans la reconnaissance des formes, des visages [un neurone pour un visage et pas un autre], pour une main...).

Il existe des neurones « grand-mère » : neurone spécifique pour tout. Les neurones individuels peuvent remplir une grande fonction, à reconnaître le visage de sa grand-mère. Quand on perd le neurone, on reconnaît plus ? Si, il y a d’autres neurones qui participent à la reconnaissance de ce visage. Il n’est jamais seul. Il y a une population de neurone qui permet cela = codage de neurone.

 

5. Des pathologies visuelles centrales :

 

Agnosie :

  - Pôle temporal : prosopagnosie (ne reconnaît pas les visages). Mais il existe d’autres capacités pour reconnaître quelqu’un.

  - Cortex inférotemporal (IT) : animaux (choses vivantes)

  - Cortex inféropostérieur (IT+) : outils (choses artificielles).


Agnosie : déficit de la capacité de reconnaissance visuelle. Lésion au niveau du lobe occipital et des aires associatives visuelles.

Prosopagnosie : impossibilité ou difficulté de reconnaitre les visages.

Achromatopsie : impossibilité de reconnaissance des couleurs.

Alexie agnosique : impossibilité de reconnaissance des mots (lettres) écrits.

 

 

2 axes principaux :

  - Voie ventrale : lobe temporal inférieur, reforme et identifie les objets, information de l’objet, « quoi ».

  - Voie dorsale : lobe pariétal, représente les objets en mouvement et localisation spatiale, « où, comment ».

Les deux doivent être coordonnés pour donner la vision.

 

 

III. Les illusions d’optiques.

 

 

 

 

 



18/12/2012
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