I.A.L’oeil : de la lumière au message nerveux
I.A.a.L’oeil système optique de formation des images
1) Anatomie de l’oeil
Notre oeil a une forme sphérique presque parfaite. Il a environ 2,5 cm de diamètre et pèse 8 g. Sa partie postérieure est munie d’un prolongement, le nerf optique qui l’unit au cerveau. L’intérieur de l’oeil est occupé en grande partie par le corps vitré, devant lequel se trouve le cristallin.
L’enveloppe de l’oeil est formée de trois couches (membranes) emboîtées.
_la sclérotique : c’est l’enveloppe la plus externe, elle est résistante et de structure tendineuse de 1 à 2 mm d’épaisseur. Elle donne à l’oeil sa couleur blanche et sa rigidité. L’avant de la sclérotique est parfaitement transparent et est plus bombé : c’est la cornée.
_la choroïde : de couleur noire, une membrane riche en vaisseaux sanguins. Elle double intérieurement la sclérotique, sauf au niveau de la cornée. A l’avant, la choroïde donne naissance à l’iris, coloré, qui délimite une ouverture appelée pupille, et dont le diamètre varie.
_la rétine : c’est la membrane la plus interne de l’oeil. C’est un tissu nerveux, très mince contenant plusieurs types de cellules parmi lesquelles les photorécepteurs. Son prolongement forme le nerf optique. La rétine est donc la partie de l’oeil qui est sensible à la lumière.
L’intérieur du globe oculaire est rempli par un ensemble de milieux transparents. A l’arrière de la pupille se trouve le cristallin. Il est de forme biconvexe et se déforme pour modifier sa convexité grâce à sa structure et à l’action de petits muscles. Outre le cristallin, l’oeil contient d’autres substances transparentes telles que l’humeur. On en distingue deux types : l’humeur aqueuse, qui se situe à l’avant du cristallin, et l’humeur vitrée entre le cristallin et la rétine, qui remplit en grande partie l’oeil.
2) La formation des images
L’ensemble des milieux transparents de l’oeil permet la formation d’une image au fond de l’oeil.
C’est la cornée qui effectue la quasi totalité de la convergence de la lumière qui entre dans l’oeil ; ce qui est nécessaire pour former une image nette. L’image d’un objet éloigné se forme sur la rétine (elle est donc nette).
En revanche, pour la vision des objets rapprochés, l’oeil effectue, grâce au cristallin une accommodation, afin de rendre l’image plus nette. En effet, le cristallin modifie sa vergence, ce qui redirige les rayons lumineux.
I.A.b.Naissance et transmission des messages nerveux
1)Les cellules photoréceptrices
Naissance des messages nerveux :
La rétine, qui fait partie du système nerveux, est sensible à la lumière, grâce aux millions de photorécepteurs qui la composent. Les photorécepteurs sont des neurones sensibles à la lumière, on peut les séparer en deux catégories : les cônes et les bâtonnets (environ 130 millions de bâtonnets et 6.5 millions de cônes).
Les photorécepteurs sont des neurones courts qui possèdent un segment externe, de forme cylindrique pour les bâtonnets et conique pour les cônes. Le segment externe des photorécepteurs contient un pigment photosensible : de la rhodopsine. Lorsque ces pigments absorbent la lumière, celle-ci modifie les propriétés électriques des photorécepteurs, donnant naissance à un message nerveux.
Sensibilité des cônes et bâtonnets :
Il existe donc deux types bien distincts de photorécepteurs aux propriétés différentes, les bâtonnets et les cônes.
Les bâtonnets sont les plus sensibles à la lumière, environ cent fois plus que les cônes (un seul photon pour les bâtonnets contre cent pour activer un cône). Ils ne fonctionnent que lorsque l’éclairage est faible : une lumière trop forte les sature. Ils sont responsables de la vision périphérique et de la perception des contrastes. Ils permettent uniquement une vision en noir et blanc, ou plus précisément en nuances de gris. Ils ne transmettent cependant aucune image précise ; ils possèdent en effet un faible pouvoir séparateur, ce qui cause une mauvaise résolution spatiale. Lorsque eux seuls sont activés, on appelle cela la vision scotopique.
Les cônes, quant à eux, sont beaucoup moins sensibles à la lumière ; ils ne fonctionnent que lorsque la luminosité est très importante, alors seuls les cônes sont activés (les bâtonnets étant saturés par la lumière), c’est la vision photopique. A l’inverse des bâtonnets, les cônes assurent une vision centrale détaillée et la perception de la couleur (l’oeil humain distingue plusieurs milliers de couleurs). Ils fournissent une vision détaillée, leur résolution est cent fois plus grande que celle des bâtonnets.
La nature du message nerveux :
Lorsque les cônes et les bâtonnets sont suffisamment stimulés, on enregistre sur une fibre du nerf optique le passage d’un message nerveux. On peut observer dès lors une série de brèves déviations du faisceau d’électrons, ce qui nous confirme que le message nerveux est constitué par une série de « signaux électriques ». Lorsque l’intensité du stimulus visuel varie, la fréquence des signaux élémentaires change aussi (soit une augmentation de cette fréquence, soit une diminution). C’est donc bien un message constitué de signaux électriques, et non l’image elle-même, qui est transmis vers le cerveau, via le nerf optique.
L’élaboration du message nerveux visuel :
Les cellules photoréceptrices constituent la couche la plus externe de la rétine, qui est en contact avec la choroïde. La lumière traverse donc les autres couches cellulaires de la rétine avant d’être absorbé par les pigments des photorécepteurs. Il y a donc une couche médiane, constitué de neurones bipolaires, qui relie les cellules photoréceptrices (cônes et bâtonnets) aux neurones ganglionnaires, qui forment la couche la plus interne de la rétine. Les prolongement (appelé axones) de ces cellules ganglionnaires se regroupent en un point appelé tâche aveugle afin de former les fibres du nerf optique. Environ 1 million de fibres nerveuses regroupées quittent ainsi la rétine.
3) De la rétine au cerveau
Les messages nerveux issus des deux yeux sont acheminés dans le cerveau par le nerf optique. Ces nerfs se croisent, formant le chiasme optique. La moitié des fibres nerveuses provenant de la rétine arrivent à lors dans l’hémisphère cérébral opposé. Parallèlement, chaque hémisphère reçoit aussi des informations émanant de l’œil situé du même côté. Par conséquent, chaque hémisphère reçoit deux informations issues de la même partie du champ visuel.
I.B. Les mécanismes optiques de la vision