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De la rétine au cerveau

Les primates, et donc les humains, ont une très bonne perception visuelle. Cette capacité visuelle nous permet de percevoir notre environnement à travers les formes, couleurs, mensurations, volumes et distances. L'image qui frappe la rétine est transformée en signal nerveux et véhiculée jusqu'au cerveau, où elle est traitée par des aires spécialisées.
Mais certaines pathologies peuvent altérer la vision jusqu'à évoluer parfois en cécité totale.
1. Comment l'étude des pigments rétiniens permet-elle de placer l'homme parmi les primates ?
La vision des couleurs nécessite de posséder différents types de pigments photorécepteurs, les opsines. L'homme possède des opsines sensibles au bleu, au rouge et au vert, il est trichromatique (sa vision est basée sur la perception de trois couleurs).
Tous les primates possèdent, au niveau de leur rétine, l'opsine sensible au bleu, codée par le gène B. On peut comparer les séquences des gènes qui codent pour les différents photorécepteurs et calculer leur taux de ressemblance, pour établir les liens de parenté entre différents animaux. Le gène B est très semblable chez l'homme et chez différentes espèces de singes comme le chimpanzé ou le macaque, ce qui démontre une étroite parenté entre l'homme et les primates.
Le gène de l'opsine sensible au rouge, qu'on retrouve chez les primates dichromatiques (vision de deux couleurs) et le gène de l'opsine sensible au vert, qu'on retrouve chez les primates trichromatiques, présentent de fortes ressemblances avec les gènes humains et confirment ce lien de parenté.
Exercice n°1
2. Quel est le rôle des photorécepteurs dans la vision ?
La rétine est un tissu composé de différents types de cellules, dont des cellules photoréceptrices : les cônes et les bâtonnets. Chacune de ces cellules contient des millions de pigments photosensibles, les opsines pour les cônes, la rhodopsine pour les bâtonnets. Les cônes sont sensibles aux formes et aux couleurs, les bâtonnets sont sensibles aux contrastes et aux mouvements. Lorsqu'ils sont frappés par un rayon lumineux, ces pigments produisent un signal électrique ; ce message est alors transmis au nerf optique, qui se charge de l'acheminer vers le cerveau.
Au centre de la rétine se trouve une zone appelée fovéa. Elle est située sur l'axe optique du cristallin, et est particulièrement riche en cônes et pauvre en bâtonnets. C'est la zone où l'acuité visuelle est optimale. La partie périphérique de la rétine est très riche en bâtonnets et pauvre en cônes : l'acuité visuelle y est plus faible. Au point de départ du nerf optique existe une zone totalement dépourvue de photorécepteurs : le point aveugle.
Chaque type de cône est particulièrement sensible à une couleur : le bleu, le rouge ou le vert. Par contre, les cônes sont peu sensibles à la lumière, ils participent donc surtout à la vision diurne et sont inefficaces en vision nocturne.
Les bâtonnets ne sont pas capables de distinguer les couleurs, ils sont par contre cent fois plus sensibles à la lumière que les cônes, ils sont donc tout indiqués pour la vision nocturne et inefficaces en vision diurne car ils sont saturés par la luminosité.
Quand l'éclairage est faible (aube, crépuscule, nuit avec clair de lune), les deux types de photorécepteurs fonctionnent avec une efficacité relative ; l'image obtenue sera donc de qualité moyenne.
Exercice n°2Exercice n°3
3. Comment le message nerveux produit à partir de la perception visuelle de l'objet peut-il générer une image ?
Les cônes et les bâtonnets sont des neurones, ils sont donc capables de produire un message nerveux quand leurs pigments captent la lumière. Ce message est acheminé par les axones de chaque photorécepteur dans le nerf optique, qui est branché sur la rétine au niveau du point aveugle.
Les nerfs optiques gauche et droit se croisent au niveau du chiasma optique, et leurs fibres nerveuses se dirigent dans l'hémisphère cérébral du côté opposé, vers le lobe occipital du cerveau.
Comme les deux hémisphères cérébraux ont reçu des informations de la même image selon un angle légèrement différent (c'est la vision stéréoscopique), ils pourront générer les volumes de l'objet et même estimer leur distance à l'objet.
De la rétine au cortex occipital
Zoom
De la rétine au cortex occipital
Le message nerveux est acheminé vers le cortex visuel par un réseau de neurones grâce à des synapses chimiques. Le cortex, aidé d'autres zones cérébrales, produira l'image de l'objet à partir des informations du message nerveux.
Exercice n°4
4. Comment certaines pathologies peuvent-elles altérer la perception visuelle ?
Une bonne perception visuelle nécessite une bonne luminosité, une bonne perception des couleurs et des formes, une rétine et un nerf optique de bonne qualité, une aire cérébrale visuelle en état de fonctionner.
Une altération de l'un ou l'autre de ces paramètres peut générer des troubles plus ou moins graves de la vision, voire une cécité totale :
  • Anomalie d'un ou plusieurs types de photorécepteurs : le daltonisme par exemple est une anomalie génétique portée par le chromosome X et qui empêche la production de photorécepteurs normaux. Le daltonisme le plus connu est celui qui ne permet pas de distinguer le vert, le rouge et les combinaisons de ces deux couleurs, mais tous les types de daltonisme sont possibles ;
  • Dégradation progressive des bâtonnets puis des cônes d'origine génétique : c'est la rétinite pigmentaire, qui provoque à terme une cécité irréversible ;
  • Dégénérescence d'une zone précise de la rétine : la DMLA (dégénérescence maculaire liée à l'âge) touche une zone précise de la rétine, la macula. Le patient atteint de DMLA sera gêné par l'apparition d'une zone trouble sur l'objet perçu. La DMLA entraîne la cécité.
Exercice n°5
5. Quelles sont les aires cérébrales spécialisées dans la perception visuelle ?
Les deux nerfs optiques amènent le message nerveux produit au niveau de la rétine au centre nerveux de la vision : c'est le cortex visuel primaire, situé en arrière du cerveau, dans la zone occipitale.
Le cortex visuel gauche accueille le nerf optique droit, et inversement. Le cortex visuel primaire est en étroite relation avec d'autres aires cérébrales spécialisées dans la reconnaissance des couleurs, des mouvements et des formes. L'ensemble des analyses et interprétations de ces aires visuelles permet d'élaborer la perception visuelle définitive.
6. Quelle est la relation entre la plasticité cérébrale et la lecture ?
La plasticité est la capacité du cerveau de mobiliser des groupes de neurones pour en faire des aires spécialisées dans une ou plusieurs fonctions précises. L'attribution de ces fonctions se fait au cours de l'apprentissage. Quand la fonction n'est pas encore maîtrisée, la tâche n'est pas effectuée par une zone précise du cerveau.
La lecture fait partie des activités qui nécessitent l'intégration de différentes fonctions. Lire demande d'abord de reconnaître les mots, on doit donc faire intervenir des aires cérébrales visuelles pour voir les lettres, les syllabes et enfin les mots. D'autres aires cérébrales, dont celles liées à la mémoire et au langage, vont ensuite prendre le relais pour donner un sens aux mots. La lecture à voix haute mobilise de plus des aires cérébrales motrices qui permettent aux muscles du larynx et de la bouche d'émettre les sons qui correspondent aux mots.
Exercice n°6
À retenir
  • Tous les primates présentent des photorécepteurs sensibles à certaines couleurs : bleu, rouge, et vert pour certains, tout comme l'être humain, que l'on peut ainsi classer dans le même groupe ;
  • Les photorécepteurs des deux rétines transforment les stimuli lumineux en messages nerveux envoyés aux nerfs optiques ;
  • Les nerfs optiques se croisent au niveau du chiasma optique et le message nerveux est acheminé jusqu'au cortex visuel primaire puis jusqu'aux aires cérébrales spécialisées dans la reconnaissance des couleurs, formes et mouvements ;
  • Certaines pathologies altèrent la reconnaissance des couleurs (daltonisme), la qualité des photorécepteurs (rétinite pigmentaire), la qualité globale de la rétine (DMLA) ;
  • L'aire cérébrale de la vision est en étroite relation avec les aires cérébrales de la mémoire et du langage pour la lecture.
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