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36.5 : Vision

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    Compétences à développer

    • Expliquer en quoi les ondes électromagnétiques diffèrent des ondes sonores
    • Tracez le trajet de la lumière à travers l'œil jusqu'à la pointe du nerf optique
    • Expliquez l'activité tonique telle qu'elle se manifeste dans les photorécepteurs de la rétine

    La vision est la capacité de détecter les motifs lumineux provenant de l'environnement extérieur et de les interpréter en images. Les animaux sont bombardés d'informations sensorielles, et le simple volume d'informations visuelles peut être problématique. Heureusement, les systèmes visuels des espèces ont évolué pour répondre aux stimuli les plus importants. L'importance de la vision pour les humains est également confirmée par le fait qu'environ un tiers du cortex cérébral humain est consacré à l'analyse et à la perception de l'information visuelle.

    Lumière

    Comme pour les stimuli auditifs, la lumière se déplace par vagues. Les ondes de compression qui composent le son doivent se déplacer dans un milieu : un gaz, un liquide ou un solide. En revanche, la lumière est composée d'ondes électromagnétiques et n'a besoin d'aucun support ; la lumière peut se déplacer dans le vide (Figure\(\PageIndex{1}\)). Le comportement de la lumière peut être discuté en termes de comportement des ondes et également en termes de comportement de l'unité fondamentale de la lumière, un paquet de rayonnement électromagnétique appelé photon. Un coup d'œil sur le spectre électromagnétique montre que la lumière visible pour les humains ne représente qu'une petite partie de l'ensemble du spectre, qui inclut les rayonnements que nous ne pouvons pas voir sous forme de lumière parce qu'ils se situent en dessous de la fréquence de la lumière rouge visible et au-dessus de la fréquence de la lumière violette visible.

    Certaines variables sont importantes lorsqu'il s'agit de la perception de la lumière. La longueur d'onde (qui varie inversement avec la fréquence) se manifeste sous forme de teinte. La lumière à l'extrémité rouge du spectre visible a des longueurs d'onde plus longues (et est de fréquence plus basse), tandis que la lumière à l'extrémité violette a des longueurs d'onde plus courtes (et est de fréquence plus élevée). La longueur d'onde de la lumière est exprimée en nanomètres (nm) ; un nanomètre correspond à un milliardième de mètre. Les humains perçoivent une lumière comprise entre 380 nm et 740 nm environ. Certains autres animaux peuvent toutefois détecter des longueurs d'onde hors de portée humaine. Par exemple, les abeilles voient la lumière proche de l'ultraviolet afin de localiser les guides du nectar sur les fleurs, et certains reptiles non aviaires détectent la lumière infrarouge (chaleur émise par les proies).

    L'illustration montre le spectre électromagnétique, qui se compose de différentes longueurs d'onde de rayonnement électromagnétique. Les ondes radio ont la longueur d'onde la plus longue, soit environ 103 mètres. La longueur d'onde devient de plus en plus courte pour les micro-ondes, les infrarouges, les rayons visibles, les ultraviolets, les rayons X Les rayons gamma ont une longueur d'onde d'environ 10 à 12 mètres. La fréquence est inversement proportionnelle à la longueur d'onde.
    Figure\(\PageIndex{1}\) : Dans le spectre électromagnétique, la lumière visible se situe entre 380 nm et 740 nm. (source : modification des travaux de la NASA)

    L'amplitude des ondes est perçue comme une intensité lumineuse ou une luminosité. L'unité standard d'intensité de la lumière est la candela, qui correspond approximativement à l'intensité lumineuse d'une bougie ordinaire.

    Les ondes lumineuses parcourent 299 792 km par seconde dans le vide (et un peu plus lentement dans divers milieux tels que l'air et l'eau), et ces ondes arrivent à l'œil sous forme d'ondes longues (rouges), moyennes (vertes) et courtes (bleues). Ce que l'on appelle « lumière blanche » est une lumière perçue comme blanche par l'œil humain. Cet effet est produit par la lumière qui stimule de manière égale les récepteurs de couleur de l'œil humain. La couleur apparente d'un objet est la couleur (ou les couleurs) que l'objet reflète. Ainsi, un objet rouge réfléchit les longueurs d'onde rouges dans une lumière mixte (blanche) et absorbe toutes les autres longueurs d'onde de lumière.

    Anatomie de l'œil

    Les cellules photoréceptives de l'œil, où se produit la transduction de la lumière en impulsions nerveuses, sont situées dans la rétine (illustrée sur la figure\(\PageIndex{2}\)) sur la surface interne de l'arrière de l'œil. Mais la lumière ne pénètre pas intacte sur la rétine. Il passe à travers d'autres couches qui le traitent afin de pouvoir être interprété par la rétine (Figure\(\PageIndex{2}\) b). La cornée, la couche transparente avant de l'œil et le cristallin, une structure convexe transparente située derrière la cornée, réfractent (courbent) la lumière pour focaliser l'image sur la rétine. L'iris, visible comme la partie colorée de l'œil, est un anneau musculaire circulaire situé entre le cristallin et la cornée qui régule la quantité de lumière pénétrant dans l'œil. Dans des conditions de lumière ambiante élevée, l'iris se contracte, réduisant ainsi la taille de la pupille en son centre. Dans des conditions de faible luminosité, l'iris se détend et la pupille s'agrandit.

    L'illustration de gauche montre un œil humain, rond et plein d'humour vitreux. Le nerf optique et les vaisseaux sanguins de la rétine sortent de l'arrière de l'œil. À l'avant de l'œil se trouve le cristallin avec une pupille au milieu. Le cristallin est recouvert par l'iris, lui-même recouvert par la cornée. L'humour aqueux est une substance gélatineuse située entre la cornée et l'iris. La rétine est la paroi interne de l'œil. Une deuxième illustration est une explosion qui montre que le nerf optique se trouve à la surface de la rétine. Sous le nerf optique se trouve une couche de cellules ganglionnaires et, en dessous, une couche de cellules bipolaires. Les cellules ganglionnaires et bipolaires sont des cellules nerveuses dotées d'appendices ressemblant à des racines. Sous la couche cellulaire bipolaire se trouvent les bâtonnets et les cônes. Les tiges et les cônes ont une structure similaire et ressemblent à des colonnes.
    Figure\(\PageIndex{2}\) : (a) L'œil humain est représenté en coupe transversale. (b) Une explosion montre les couches de la rétine.

    Exercice

    Laquelle des affirmations suivantes concernant l'œil humain est fausse ?

    1. Les bâtonnets détectent la couleur tandis que les cônes détectent uniquement les nuances de gris
    2. Lorsque la lumière pénètre dans la rétine, elle traverse les cellules ganglionnaires et les cellules bipolaires avant d'atteindre les photorécepteurs situés à l'arrière de l'œil.
    3. L'iris ajuste la quantité de lumière qui entre dans l'œil.
    4. La cornée est une couche protectrice située à l'avant de l'œil.
    Réponse

    UN

    La principale fonction du cristallin est de focaliser la lumière sur la rétine et la fovéa centralis. L'objectif est dynamique et concentre et recentre la lumière lorsque l'œil repose sur des objets proches et éloignés dans le champ visuel. Le cristallin est actionné par des muscles qui l'étirent à plat ou lui permettent de s'épaissir, en modifiant la distance focale de la lumière qui le traverse pour la focaliser nettement sur la rétine. L'âge entraîne une perte de flexibilité du cristallin et une forme d'hypermétropie appelée presbytie. La presbytie se produit parce que l'image se concentre derrière la rétine. La presbytie est un déficit similaire à un autre type d'hypermétropie appelé hypermétropie causé par un globe oculaire trop court. Pour les deux défauts, les images de loin sont claires, mais les images proches sont floues. La myopie (myopie) survient lorsqu'un globe oculaire est allongé et que le focus de l'image se situe devant la rétine. Dans ce cas, les images au loin sont floues mais les images proches sont claires.

    Il existe deux types de photorécepteurs dans la rétine : les bâtonnets et les cônes, nommés d'après leur apparence générale, comme illustré à la figure\(\PageIndex{3}\). Les bâtonnets sont fortement photosensibles et sont situés sur les bords extérieurs de la rétine. Ils détectent la faible luminosité et sont principalement utilisés pour la vision périphérique et nocturne. Les cônes sont faiblement photosensibles et sont situés près du centre de la rétine. Ils réagissent à la lumière vive et jouent un rôle principal dans la vision diurne des couleurs.

    Cette illustration montre que les bâtonnets et les cônes sont tous deux de longues cellules en forme de colonne dont le noyau est situé dans la partie inférieure. La tige est plus longue que le cône. Le segment extérieur du bâtonnet contient de la rhodopsine. Le segment extérieur de la tige contient d'autres pigments photographiques. Une gouttelette d'huile se trouve sous le segment extérieur.
    Figure\(\PageIndex{3}\) : Les tiges et les cônes sont des photorécepteurs situés dans la rétine. Les bâtonnets réagissent en cas de faible luminosité et ne peuvent détecter que les nuances de gris. Les cônes réagissent à une lumière intense et sont responsables de la vision des couleurs. (crédit : modification de l'œuvre de Piotr Sliwa)

    La fovéa est la région située au centre de l'arrière de l'œil qui est responsable de la vision aiguë. La fovéa a une densité élevée de cônes. Lorsque vous portez votre regard vers un objet pour l'examiner attentivement sous une lumière vive, les yeux s'orientent de telle sorte que l'image de l'objet tombe sur la fovéa. Toutefois, lorsque l'on observe une étoile dans le ciel nocturne ou un autre objet dans des conditions de faible luminosité, l'objet peut être mieux vu par la vision périphérique, car ce sont les bâtonnets situés sur les bords de la rétine, plutôt que les cônes au centre, qui fonctionnent mieux en cas de faible luminosité. Chez l'homme, les cônes sont bien plus nombreux que les bâtonnets dans la fovéa

    Lien vers l'apprentissage

    Passez en revue la structure anatomique de l'œil en cliquant sur chaque partie pour vous entraîner à l'identifier.

    Transduction de la lumière

    Les bâtonnets et les cônes sont le site de la transduction de la lumière vers un signal neuronal. Les bâtonnets et les cônes contiennent des photopigments. Chez les vertébrés, le principal photopigment, la rhodopsine, comporte deux parties principales Figure

    Visionnez cette présentation interactive pour découvrir ce que vous avez appris sur le fonctionnement de la vision.

    Résumé

    La vision est le seul sens sensible à la photo. La lumière visible se déplace par vagues et ne représente qu'une très petite tranche du spectre du rayonnement électromagnétique. Les ondes lumineuses diffèrent en fonction de leur fréquence (longueur d'onde = teinte) et de leur amplitude (intensité = luminosité).

    Dans la rétine des vertébrés, il existe deux types de récepteurs de lumière (photorécepteurs) : les cônes et les bâtonnets. Les cônes, qui sont à l'origine de la vision des couleurs, existent sous trois formes : L, M et S, et ils sont sensibles de manière différentielle aux différentes longueurs d'onde. Les cônes sont situés dans la rétine, de même que les récepteurs achromatiques (bâtonnets) à faible luminosité. Les cônes se trouvent dans la fovéa, la région centrale de la rétine, tandis que les bâtonnets se trouvent dans les régions périphériques de la rétine.

    Les signaux visuels se déplacent de l'œil vers les axones des cellules ganglionnaires de la rétine, qui constituent les nerfs optiques. Les cellules ganglionnaires se déclinent en plusieurs versions. Certains axones des cellules ganglionnaires transmettent des informations sur la forme, le mouvement, la profondeur et la luminosité, tandis que d'autres axones transportent des informations sur la couleur et les détails fins. Les informations visuelles sont envoyées aux collicules supérieurs du mésencéphale, où se déroulent la coordination des mouvements oculaires et l'intégration des informations auditives. Des informations visuelles sont également envoyées au noyau suprachiasmatique (SCN) de l'hypothalamus, qui joue un rôle dans le cycle circadien.

    Lexique

    candela
    (cd) unité de mesure de l'intensité lumineuse (luminosité)
    circadien
    décrit un cycle temporel d'une durée d'environ un jour
    cône
    neurone chromatique en forme de cône faiblement photosensible situé dans la fovéa de la rétine, qui détecte la lumière vive et est utilisé dans la vision des couleurs diurne
    cornée
    couche transparente sur le devant de l'œil qui aide à focaliser les ondes lumineuses
    fovéa
    région au centre de la rétine avec une forte densité de photorécepteurs et responsable de la vision aiguë
    hypermétropie
    (également, hypermétropie) défaut visuel dans lequel le focus de l'image se situe derrière la rétine, rendant ainsi les images de loin claires, mais les images rapprochées floues
    iris
    muscle circulaire pigmenté situé à l'avant de l'œil qui régule la quantité de lumière pénétrant dans l'œil
    lentille
    structure transparente et convexe située derrière la cornée qui aide à focaliser les ondes lumineuses sur la rétine
    myopie
    (également, myopie) défaut visuel dans lequel le focus de l'image se situe devant la rétine, rendant ainsi les images de loin floues, mais les images rapprochées claires
    presbytie
    défaut visuel dans lequel le focus de l'image se situe derrière la rétine, rendant ainsi les images de loin claires, mais les images rapprochées floues ; causé par des modifications du cristallin liées à l'âge
    élève
    petite ouverture par laquelle la lumière entre
    rétine
    couche de cellules photoréceptives et de soutien sur la surface interne de l'arrière de l'œil
    rhodopsine
    principal photopigment chez les vertébrés
    barre
    neurone cylindrique achromatique, fortement photosensible situé sur les bords extérieurs de la rétine, qui détecte la faible luminosité et est utilisé dans la vision périphérique et nocturne
    colliculus supérieur
    structure appariée dans la partie supérieure du mésencéphale, qui gère les mouvements oculaires et l'intégration auditive
    noyau suprachiasmatique
    groupe de cellules de l'hypothalamus qui joue un rôle dans le cycle circadien
    activité tonique
    dans un neurone, légère activité continue au repos
    vision
    sens de la vue