I- Lien Oeil/Cerveau

LE SYSTÈME VISUEL

Avant que les informations arrivent à notre cerveau, elles passent par différentes étapes. L’œil humain est photosensible, cela signifie qu’il transforme les signaux lumineux véhiculés par les photons en un signal électrique interprétable par le système nerveux. Nous allons voir tout d’abord l’organisation de l’œil, puis comment celui-ci perçoit la lumière et les couleurs qui nous entourent, enfin nous verrons le cheminement des informations jusqu’aux différentes aires du cortex visuel, suivies de l’interprétation du cerveau.

1. Description de l’œil humain

          A : Les nombreuses composantes de l’œil

La lumière, avant d’atteindre la rétine pour être traduite en signaux nerveux, traverse plusieurs éléments oculaires selon cet ordre-ci :

– 1 : La cornée, qui est une membrane solide et transparente de 11mm de diamètre. Elle est composée de 3 couches de cellules, mais est privée de vaisseaux sanguins : pour s’hydrater, car elle comporte 78% d’eau, elle est recouverte de larmes en permanence, que le battement des paupières répartit. Elle assure 80% de la réfraction.

– 2 : L’humeur aqueuse, qui est un liquide transparent presque entièrement composé d’eau salée, et qui régule la pression à l’intérieur de l’œil.

– 3 : L’iris, qui est le diaphragme de l’œil. Il fait varier l’ouverture de la pupille afin de contrôler la quantité de lumière qui pénètre dans l’œil : plus la luminosité est importante, plus il réduit le diamètre de la pupille.

– 4 : La pupille, qui est un « trou » au centre de l’iris, qui permet aux rayons lumineux de parvenir à la rétine.

– 5 : Le cristallin, qui est la lentille biconvexe de l’œil. Il modifie son angle de courbure grâce aux muscles ciliaires de manière à former une image nette sur la rétine. Lorsqu’il ne peut s’accommoder, nous avons des problèmes de vision tels que la myopie (œil trop long), l’hypermétropie (œil trop court), la presbytie (cristallin impuissant -> vieillesse).

– 6 : L’humeur vitrée, qui est un liquide situé derrière le cristallin et qui occupe 90% du volume de l’œil. Il maintient la rétine en place et la protège en amortissant les chocs et en garantissant la rigidité de l’œil.

– 7 : La rétine, que nous allons étudier ci-après.

– 8 : Le nerf optique, qui transmet les informations de l’œil au cerveau.

Il y a également d’autres composantes dans l’œil qui n’interviennent pas forcément dans la traversée de l’œil par la lumière, mais qui sont très utiles :

– 9 : La choroïde, qui est une couche vasculaire de couleur noire qui nourrit les photorécepteurs de la rétine.

– 10 : La sclérotique, qui est une enveloppe de protection recouvrant 5/6 de la surface de l’œil. L’œil lui doit sa blancheur et sa rigidité.

– 11 : La macula, qui est la zone de la rétine où la vision est à son maximum, due au nombre très important de cônes. On trouve en son centre la fovéa.

– 12 : Le point aveugle, qui est un point de l’œil dépourvu de photorécepteurs et qui est donc totalement aveugle. Nombreuses illusions d’optiques reposent sur ce phénomène.

          B : L’oeil et l’appareil photographique – un fonctionnement presque identique

L’appareil photographique a un mode de fonctionnement proche de celui de l’œil, c’est pourquoi il est facile d’étudier le comportement qu’a l’œil en utilisant les éléments d’un appareil photo :

On retrouve les mêmes éléments :
— une optique convergente (cornée et cristallin, objectif) ;
— un système de dosage de la lumière (iris, diaphragme) ;
— un capteur lumineux (rétine, capteur photographique) ;
— un traitement d’image (cerveau, processeur).

En effet, le rôle de l’appareil photo est de concentrer sur le film ou l’écran une image nette ni trop sombre ni trop lumineuse, avec un bon contraste entre les couleurs. On y parvient grâce au processus de mise au point.

Notre œil fait exactement la même chose en permanence mais nous n’en avons pas conscience ! Le cristallin et la cornée font la mise au point par l’action des muscles ciliaires, alors que l’iris s’occupe d’ajuster la luminosité optimale pour notre rétine.

Il faut aussi noter que l’image reçue au niveau de la rétine est inversée, tout comme l’est celle qui s’imprime sur la pellicule d’un appareil photo.

Cependant, cette comparaison a des limites : en effet, le cerveau est plus puissant que n’importe quel ordinateur existant, le traitement des informations en est donc largement supérieur pour l’oeil. Le capteur de l’oeil est bien moins précis que celui de l’appareil photo, mais le cerveau ‘retouche’ les images.

C : La rétine et ses photorécepteurs

La rétine est l’organe le plus important de l’œil. Elle mesure environ 0,5 mm d’épaisseur, et recouvre les trois quarts de l’intérieur du globe oculaire.

Les photorécepteurs sont des neurones qui détectent la lumière grâce à des molécules appelées pigments : la nature et la quantité de pigment influent sur la perception des images. Un pigment correspond à une longueur d’onde.

Ils convertissent les signaux lumineux qui arrivent de l’extérieur de l’œil en signaux nerveux interprétables par le cerveau. Il en existe 2 types :

            a/ Les 5 millions de cônes

Ils ne représentent que 5% du nombre total de photorécepteurs.                                        Ils sont peu sensibles à la lumière mais perçoivent relativement bien les détails : ils assurent la vision photopique, c’est à dire la vision des couleurs le jour. Ils se concentrent dans la macula, chaque cône envoie son information au nerf optique situé à l’arrière de l’œil (schéma 1). Il en existe 3 types, selon la longueur d’onde à laquelle ils sont sensibles : les cônes cyanolabes (= le bleu, de longueur d’onde λ=400 nm), les cônes chorolables (= le vert, de longueur d’onde λ=530 nm) les cônes érytholabes (= le rouge, de longueur d’onde λ=600 nm). Grâce à ce fonctionnement, on peut distinguer 2,3 millions de couleurs différentes. Le daltonisme est l’absence d’un cône, ce qui empêche la distinction de deux couleurs qui paraissent alors  identiques.

            b/ Les 120 millions de bâtonnets

Ils sont nommés ainsi en raison de leur forme allongée ; ils ne sont pas dans la fovéa (où sont les cônes) mais ils sont répartis dans la rétine. Ils sont capables de percevoir de très faibles lumières comme de très fortes, car leur sensibilié à la luminosité est importante ; ainsi ils assurent la vision scotopique, c’est à dire la vision nocturne ou lorsqu’il y a peu de lumière. Ils perçoivent mal les couleurs car ils ont peu de liaisons directes avec le nerf optique, contrairement aux cônes. Ils sont formés d’une substance chimique nommée rhodopsine, qui absorbe l’énergie lumineuse et génère un faible courant électrique envoyé aux cellules nerveuses de la rétine.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Passage de l’oeil au cerveau

 

A : Le Corps Grenouillé Latéral

Les cellules photosensibles ayant transcrit les signaux lumineux en signaux nerveux, ceux-ci sont transmit à d’autres neurones situés dans la rétine, les cellules ganglionnaires. À ce moment, ils se séparent en 2 groupes dans le chiasma optique ; la moitié gauche du champ visuel est perçue par la rétine gauche, et la moitié droite par la gauche.

Ensuite, les signaux traversent le corps grenouillé latéral, puis les informations des 2 yeux convergent : cela aboutit aux effets binoculaires tels que la 3 dimension.

Ainsi, le CGL sert à fusionner les 2 images que nous voyons par chaque oeil, et ainsi être projetées sur les aires visuelles.

B : La fonction des aires visuelles

L’information est traitée dans de multiples aires spécialisées :

• V1 est la zone primaire située à l’arrière du cerveau.
• V2 correspond à l’analyse des formes ;
• V4 aux couleurs, en analysant les longueurs d’ondes.
• V5 ou aire MT spécifiques aux mouvements et aux directions.

Il y en a au total une trentaine.

Le passage par ces différentes aires aboutissent aux actions du cerveau : la reconnaissance de l’objet & l’action qui en résulte.

Les chercheurs ne sont pas tous d’accord quant à la localisation et la fonction précise de chacun des aires,.

Néanmoins, ils s’accordent pour dire qu’après avoir traversé les aires visuelles primaires, les signaux se séparent et suivent une des 2 voies que nous allons étudier ci-après.

C : Voie ventrale, voie dorsale

– une voie dite ventrale, qui est impliquée dans les formes et les couleurs, analyse les scènes visibles sans prendre en compte les mouvements. L’aire V4 est l’aire principale de cette voie. Elle est surnommé  »voie du quoi » ou « voie du voir pour reconnaître ». Elle passe par le cortex temporel inférieur.

– une voie dite dorsale, qui intervient dans les déplacements visuels des objets, et des  mouvements ; elle est nécessaire pour éviter les obstacles, se rendre compte des reliefs nous entourant, saisir les objets, ….Elle oriente nos yeux en fonction de l’environnement autour.  Elle est surnommée la « voie du où » ou la « voie du voir pour agir ». Elle passe par le cortex pariétal postérieur.

Ainsi, le cerveau traite les informations fournies par V1.

Pour conclure, l’image qui parvient à notre cerveau a traversé de nombreuses parties de l’oeil et du cortex visuel, afin que nous la percevions de manière plus logique. Le fonctionnement de ces différentes parties seront illustrées grâce aux illusions d’optique.

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