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La perception visuelle : de la rétine au cerveau

C'est par le sens de la vue que nous percevons la lumière, les formes et les couleurs, que nous apprécions les détails des objets, leur distance et leur relief.
Les informations visuelles recueillies par l'œil sont transformées en messages nerveux au niveau de la rétine, puis véhiculées par les nerfs optiques jusqu'au cerveau. C'est alors le cortex visuel qui analyse le stimulus reçu, élabore la perception visuelle et répond de façon appropriée.
1. Quels sont les éléments constitutifs de l'œil ?
L'œil, organe de la vue, est un système optique qui permet la formation d'une image réelle, renversée par rapport à l'objet regardé et de plus petite taille que celui-ci.
• Mobile grâce à des muscles fixés dans l'orbite, chacun des deux globes oculaires est formé de trois enveloppes emboîtées : la sclérotique, la choroïde et la rétine.
– La sclérotique, blanche et résistante, constitue le « blanc de l'œil ». Vers l'avant, cette enveloppe devient transparente et forme la cornée.
– Située à l'intérieur de la sclérotique, la choroïde est une membrane richement vascularisée et imprégnée d'un pigment noir, la mélanine. Vers l'avant, la choroïde donne naissance à l'iris, un disque coloré percé en son centre par un orifice, la pupille, dont le diamètre varie en fonction de l'intensité lumineuse qui pénètre dans l'œil.
– La rétine est l'enveloppe la plus interne de l'œil : c'est une membrane très mince et transparente dont le prolongement forme le nerf optique.
• L'intérieur des globes oculaires est rempli de différents milieux transparents qui, en jouant le rôle d'une lentille, permettent la formation d'une image au fond de l'œil. Il s'agit de l'humeur aqueuse, du cristallin et de l'humeur vitrée.
– Entre l'iris et la cornée se trouve un espace rempli d'humeur aqueuse, un fluide semblable à l'eau.
– Derrière l'iris se trouve le cristallin, une lentille transparente biconvexe qui permet de faire la « mise au point » pour des objets rapprochés.
– Enfin, l'espace situé entre le cristallin et la rétine contient l'humeur vitrée.
2. Comment les messages nerveux sont-ils générés ?
La rétine joue un rôle essentiel dans la vision : elle convertit le stimulus visuel en message nerveux. Cette conversion de l'énergie lumineuse se fait par des cellules sensibles à la lumière, appelées photorécepteurs : les cônes et les bâtonnets.
• Les cônes et les bâtonnets sont des neurones très courts qui se distinguent par leur forme et par la nature des pigments photosensibles qu'ils contiennent.
  • Les cônes ont une résolution spatiale très élevée et sont sensibles aux formes et aux couleurs des objets ; ce sont les cellules de la vision diurne. Il en existe près de 7 millions et sont particulièrement concentrés dans la partie centrale de la rétine, appelée fovéa ou macula.
  • Les bâtonnets, au nombre de 130 millions, sont quant à eux extrêmement sensibles à la lumière (100 fois plus sensibles que les cônes) mais aussi au mouvement ; ce sont les cellules de la vision nocturne.
• L'absorption de lumière par les pigments photosensibles des cônes et des bâtonnets modifie leurs propriétés électriques et conduit à la naissance d'un message nerveux. En effet, si la stimulation visuelle est suffisante, un message nerveux, constitué d'une succession de signaux électriques, est généré dans les fibres du nerf optique. Une variation de l'intensité du stimulus visuel se traduit alors par une variation de la fréquence des signaux électriques.
Le message nerveux ne naît pas au niveau des photorécepteurs mais au niveau des neurones ganglionnaires dont les prolongements se regroupent pour former les centaines de fibres du nerf optique. Les neurones ganglionnaires sont reliés aux photorécepteurs par les neurones bipolaires.
Exercice n°2
3. Quelles sont les caractéristiques de la vision ?
• La sensation visuelle peut durer plus longtemps que le stimulus qui l'a engendrée. En effet, les pigments photorécepteurs, décomposés par la lumière, mettent un certain temps pour se reconstituer. On parle alors de persistance rétinienne.
• La vision en couleur s'explique par l'existence de trois types de cônes, permettant chacun de voir une des couleurs fondamentales : le bleu, le vert et le rouge. Notre vision est ainsi trichromatique. Puisque ces cellules visuelles présentent un maximum de densité au centre de la rétine, c'est dans la partie centrale de la vision que la sensation colorée est la meilleure.
Il existe de nombreuses anomalies de la vision. L'absence d'un des types de cônes − le rouge ou le vert le plus souvent − conduit par exemple au daltonisme.
• Le champ visuel de chaque œil est plus étendu du côté temporal que du côté nasal. En outre, l'amplitude du champ visuel dépend des longueurs d'onde reçues car les différents types de cônes ne sont pas disposés au même endroit sur la rétine. Par exemple, le champ visuel pour la lumière verte est peu étendu car les cônes sensibles au vert sont dans la partie centrale de la rétine.
• C'est juste en face de soi, au niveau du point de fixation, que l'acuité visuelle − c'est-à-dire l'aptitude à distinguer les détails des objets − est optimale. Dans le champ visuel périphérique, l'acuité diminue mais la perception du mouvement reste bonne.
• La vision dans des conditions de très faible éclairement est possible grâce aux bâtonnets. Cette perception, floue et grisâtre, est la vision scotopique. Pour des éclairements plus importants, les bâtonnets saturés sont relayés pas les cônes. L'acuité est alors optimale et la vision est en couleur ; la vision est dite phototique.
Exercice n°3Exercice n°4
4. Comment les voies nerveuses qui conduisent les messages nerveux au cerveau sont-elles organisées ?
Les messages nerveux visuels générés par la rétine sont acheminés par les nerfs optiques jusqu'au cerveau.
• Le nerf optique de l'œil droit et celui de l'œil gauche se croisent au niveau du chiasma optique. À cet endroit, la moitié des fibres de chacun des nerfs optiques s'entrecroisent et passent dans l'hémisphère opposé. Les autres fibres rejoignent directement le lobe occipital du cerveau, où se trouvent les centres d'interprétation de la vision. Ainsi, chaque hémisphère reçoit des informations visuelles issues des deux yeux.
• Il existe une zone de relais, située entre le chiasma optique et le cortex visuel, dans laquelle toutes les fibres des nerfs optiques sont en connexion synaptique avec d'autres neurones qui conduisent les messages jusqu'au cortex visuel. La transmission du message nerveux se fait alors par l'intermédiaire de substances chimiques, les neurotransmetteurs.
Ainsi, certaines substances hallucinogènes, en se fixant sur les récepteurs de ces neurotransmetteurs, modifient la perception visuelle.
5. Quelles sont les zones du cerveau mobilisées par la vision ?
Différentes régions du cerveau sont impliquées dans le processus de la vision : le cortex visuel primaire mais aussi différentes aires cérébrales spécialisées.
• Après avoir franchi la zone de relais, la plupart des messages nerveux visuels arrivent dans une aire située à l'arrière du cortex occipital de chacun des deux hémisphères. Ces deux aires cérébrales forment le cortex visuel primaire. Chacune d'entre elles reçoit des informations provenant des deux yeux. Ainsi, toute lésion située dans cette zone provoque une cécité plus ou moins prononcée.
• Parallèlement, certaines informations visuelles arrivent directement dans différentes aires visuelles spécialisées dans le traitement de la couleur, des formes ou encore des mouvements.
• Ainsi, toutes les informations concernant une image sont traitées en parallèle. Leur intégration et les échanges entre l'ensemble de ces aires permettent ensuite d'avoir une perception globale et unifiée.
Exercice n°6
6. Peut-on développer ses capacités visuelles ?
• Les gènes interviennent dans l'organisation et la structure du cortex visuel et sont, par conséquent, impliqués dans la perception visuelle. Ces structures sont similaires chez tous les individus, ce qui donne initialement à chacun les mêmes potentialités visuelles.
À condition d'être stimulées, les capacités visuelles se développent entre 0 et 10 ans, en même temps que le cerveau.
• En outre, l'environnement et l'expérience individuelle ont une influence sur les structures corticales mises en jeu dans la vision.
À retenir
• Les globes oculaires sont formés de trois enveloppes emboîtées : la sclérotique, la choroïde et la rétine.
• L'intérieur des globes oculaires est rempli de différents milieux transparents qui, en jouant le rôle d'une lentille, permettent la formation d'une image au fond de l'œil. Il s'agit de l'humeur aqueuse, du cristallin et de l'humeur vitrée.
• La rétine joue un rôle essentiel dans la vision : elle convertit le stimulus visuel en messages nerveux. Cette conversion de l'énergie lumineuse se fait par des cellules sensibles à la lumière, appelées photorécepteurs : les cônes et les bâtonnets.
• Les messages nerveux visuels générés par la rétine sont acheminés par les nerfs optiques jusqu'au cerveau.
• Différentes régions du cerveau sont impliquées dans le processus de la vision : le cortex visuel primaire et différentes aires visuelles spécialisées.
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