5.4 : Vision
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Objectifs d'apprentissage
- Décrire l'anatomie de base du système visuel
- Expliquez comment les bâtonnets et les cônes contribuent à différents aspects de la vision
- Décrire comment les repères monoculaires et binoculaires sont utilisés dans la perception de la profondeur
Le système visuel construit une représentation mentale du monde qui nous entoure. Cela contribue à notre capacité à naviguer avec succès dans l'espace physique et à interagir avec des personnes et des objets importants de notre environnement. Cette section donne un aperçu de l'anatomie de base et de la fonction du système visuel. De plus, nous explorerons notre capacité à percevoir la couleur et la profondeur.
Anatomie du système visuel
L'œil est le principal organe sensoriel impliqué dans la vision. Les ondes lumineuses sont transmises à travers la cornée et pénètrent dans l'œil par la pupille. La cornée est la couche transparente qui recouvre l'œil. Il sert de barrière entre l'œil intérieur et le monde extérieur et participe à la focalisation des ondes lumineuses qui pénètrent dans l'œil. La pupille est la petite ouverture de l'œil par laquelle passe la lumière, et la taille de la pupille peut changer en fonction de l'intensité de la lumière et de l'excitation émotionnelle. Lorsque le niveau de lumière est faible, la pupille se dilate, ou se dilate, pour permettre à plus de lumière de pénétrer dans l'œil. Lorsque les niveaux de lumière sont élevés, la pupille se resserre, ou devient plus petite, afin de réduire la quantité de lumière qui pénètre dans l'œil. La taille de la pupille est contrôlée par les muscles connectés à l'iris, qui est la partie colorée de l'œil.
Après avoir traversé la pupille, la lumière traverse la lentille, une structure incurvée et transparente qui permet une mise au point supplémentaire. La lentille est fixée à des muscles qui peuvent changer de forme pour aider à focaliser la lumière réfléchie par des objets proches ou éloignés. Chez une personne malvoyante, l'objectif focalise parfaitement les images sur une petite indentation située à l'arrière de l'œil, appelée fovéa, qui fait partie de la rétine, la paroi sensible à la lumière de l'œil. La fovéa contient des cellules photoréceptrices spécialisées densément concentrées. Ces cellules photoréceptrices, appelées cônes, sont des cellules détectant la lumière. Les cônes sont des types spécialisés de photorécepteurs qui fonctionnent le mieux dans des conditions de forte luminosité. Les cônes sont très sensibles aux détails aigus et offrent une résolution spatiale exceptionnelle. Ils sont également directement impliqués dans notre capacité à percevoir les couleurs.
Alors que les cônes sont concentrés dans la fovéa, où les images ont tendance à être focalisées, des bâtonnets, un autre type de photorécepteur, sont situés dans le reste de la rétine. Les bâtonnets sont des photorécepteurs spécialisés qui fonctionnent bien dans des conditions de faible luminosité. Bien qu'ils n'aient pas la résolution spatiale et la fonction colorimétrique des cônes, ils participent à notre vision dans des environnements faiblement éclairés ainsi qu'à notre perception des mouvements à la périphérie de notre vision terrain.
Nous avons tous fait l'expérience des différentes sensibilités des bâtonnets et des cônes lors de la transition entre un environnement très éclairé et un environnement faiblement éclairé. Imaginez que vous allez voir un film à succès par une belle journée d'été. Lorsque vous marchez du hall bien éclairé vers le théâtre sombre, vous remarquez que vous avez immédiatement du mal à voir quoi que ce soit. Après quelques minutes, vous commencez à vous adapter à l'obscurité et pouvez voir l'intérieur du théâtre. Dans cet environnement lumineux, votre vision était principalement dominée par l'activité des cônes. Lorsque vous vous déplacez dans un environnement sombre, l'activité de la canne domine, mais la transition entre les phases est retardée. Si vos bâtonnets ne transforment pas la lumière en influx nerveux aussi facilement et efficacement qu'ils le devraient, vous aurez de la difficulté à voir dans des conditions de faible luminosité, une affection connue sous le nom de cécité nocturne.
Les bâtonnets et les cônes sont connectés (via plusieurs interneurones) aux cellules ganglionnaires de la rétine. Les axones des cellules ganglionnaires de la rétine convergent et sortent par l'arrière de l'œil pour former le nerf optique. Le nerf optique transporte l'information visuelle de la rétine au cerveau. Il existe un point dans le champ visuel appelé angle mort : même lorsque la lumière d'un petit objet est focalisée sur l'angle mort, nous ne le voyons pas. Nous ne sommes pas consciemment conscients de nos angles morts pour deux raisons : tout d'abord, chaque œil a une vision légèrement différente du champ visuel ; par conséquent, les angles morts ne se chevauchent pas. Ensuite, notre système visuel comble l'angle mort, de sorte que même si nous ne pouvons pas répondre aux informations visuelles qui se trouvent dans cette partie du champ visuel, nous ne sommes pas conscients de l'absence d'informations.
Le nerf optique de chaque œil se fond juste en dessous du cerveau à un point appelé chiasme optique. Comme le montre la figure ci-dessous, le chiasme optique est une structure\(X\) façonnée qui se trouve juste en dessous du cortex cérébral, à l'avant du cerveau. Au point du chiasme optique, les informations provenant du champ visuel droit (qui proviennent des deux yeux) sont envoyées au côté gauche du cerveau et les informations provenant du champ visuel gauche sont envoyées au côté droit du cerveau.
Une fois à l'intérieur du cerveau, les informations visuelles sont envoyées via un certain nombre de structures au lobe occipital situé à l'arrière du cerveau pour être traitées. Les informations visuelles peuvent être traitées selon des voies parallèles qui peuvent généralement être décrites comme la voie « quelle voie » et la voie « où/comment ». La « voie quelle » est impliquée dans la reconnaissance et l'identification des objets, tandis que la « voie où/comment » concerne la localisation dans l'espace et la manière dont une personne peut interagir avec un stimulus visuel particulier (Milner et Goodale, 2008 ; Ungerleider et Haxby, 1994). Par exemple, lorsque vous voyez une balle rouler dans la rue, le « chemin » identifie ce qu'est l'objet, et le « chemin où/comment » identifie sa position ou son mouvement dans l'espace.
Perception des couleurs et des profondeurs
Nous ne voyons pas le monde en noir et blanc ; nous ne le voyons pas non plus comme bidimensionnel (\(2-D\)) ou plat (juste en hauteur et en largeur, pas de profondeur). Voyons comment fonctionne la vision des couleurs et comment nous percevons les trois dimensions (hauteur, largeur et profondeur).
Vision des couleurs
Les personnes malvoyantes possèdent trois types de cônes différents qui médient la vision des couleurs. Chacun de ces types de cônes est sensible au maximum à une longueur d'onde lumineuse légèrement différente. Selon la théorie trichromatique de la vision des couleurs, illustrée sur la figure, toutes les couleurs du spectre peuvent être produites en combinant le rouge, le vert et le bleu. Les trois types de cônes sont chacun réceptifs à l'une des couleurs.
La théorie trichromatique de la vision des couleurs n'est pas la seule théorie : une autre théorie majeure de la vision des couleurs est connue sous le nom de théorie du processus opposant. Selon cette théorie, la couleur est codée par paires adverses : noir-blanc, jaune-bleu et vert-rouge. L'idée de base est que certaines cellules du système visuel sont excitées par l'une des couleurs adverses et inhibées par l'autre. Ainsi, une cellule excitée par les longueurs d'onde associées au vert serait inhibée par les longueurs d'onde associées au rouge, et vice versa. L'une des implications du traitement des adversaires est que nous n'avons pas de rouge verdâtre ou de bleu jaunâtre comme couleurs. Une autre implication est que cela conduit à l'expérience d'images rémanentes négatives. Une image rémanente décrit la persistance d'une sensation visuelle après l'élimination du stimulus. Par exemple, lorsque vous regardez brièvement le soleil et que vous détournez le regard, vous pouvez toujours percevoir une tache de lumière même si le stimulus (le soleil) a été supprimé. Lorsque la couleur est impliquée dans le stimulus, les appariements de couleurs identifiés dans la théorie du processus opposant conduisent à une image rémanente négative. Vous pouvez tester ce concept à l'aide du drapeau de la figure ci-dessous :
Mais ces deux théories, la théorie trichromatique de la vision des couleurs et la théorie du processus adverse, ne s'excluent pas mutuellement. Des recherches ont montré qu'ils ne s'appliquent qu'à différents niveaux du système nerveux. Pour le traitement visuel de la rétine, la théorie trichromatique s'applique : les cônes sont sensibles à trois longueurs d'onde différentes qui représentent le rouge, le bleu et le vert. Mais une fois que le signal passe au-delà de la rétine pour atteindre le cerveau, les cellules réagissent d'une manière conforme à la théorie des processus antagonistes (Land, 1959 ; Kaiser, 1997).
Perception de profondeur
Notre capacité à percevoir les relations spatiales dans un espace tridimensionnel (\(3-D\)) est connue sous le nom de perception de la profondeur. Avec la perception de la profondeur, nous pouvons décrire les choses comme étant devant, derrière, au-dessus, en dessous ou à côté d'autres choses.
Notre monde est tridimensionnel, il est donc logique que notre représentation mentale du monde possède des propriétés tridimensionnelles. Nous utilisons divers indices dans une scène visuelle pour établir notre sentiment de profondeur. Certains d'entre eux sont des signaux binoculaires, ce qui signifie qu'ils reposent sur l'utilisation des deux yeux. Un exemple de signal de profondeur binoculaire est la disparité binoculaire, la vision légèrement différente du monde que chacun de nos yeux reçoit. Pour découvrir ce point de vue légèrement différent, faites cet exercice simple : étendez complètement votre bras et étendez l'un de vos doigts et concentrez-vous sur ce doigt. Maintenant, fermez l'œil gauche sans bouger la tête, puis ouvrez l'œil gauche et fermez l'œil droit sans bouger la tête. Vous remarquerez que votre doigt semble bouger lorsque vous alternez entre les deux yeux en raison de la vision légèrement différente que chaque œil a de votre doigt.
Un\(3-D\) film fonctionne selon le même principe : les lunettes spéciales que vous portez permettent aux deux images légèrement différentes projetées sur l'écran d'être vues séparément par votre œil gauche et votre œil droit. Lorsque votre cerveau traite ces images, vous avez l'illusion que l'animal qui saute ou la personne qui court court se dirige droit vers vous.
Bien que nous nous appuyons sur des repères binoculaires pour découvrir la profondeur de notre\(3-D\) monde, nous pouvons également percevoir la profondeur par des\(2-D\) réseaux. Pensez à toutes les peintures et photos que vous avez vues. En général, vous captez de la profondeur dans ces images, même si le stimulus visuel l'est\(2-D\). Pour ce faire, nous nous appuyons sur un certain nombre de signaux monoculaires, ou des signaux qui ne nécessitent qu'un seul œil. Si vous pensez que vous ne pouvez pas voir la profondeur d'un seul œil, sachez que vous ne vous heurtez pas à des objets lorsque vous n'utilisez qu'un seul œil en marchant. En fait, nous avons plus de repères monoculaires que de repères binoculaires.
Un exemple de signal monoculaire serait ce que l'on appelle la perspective linéaire. La perspective linéaire fait référence au fait que nous percevons la profondeur lorsque nous voyons deux lignes parallèles qui semblent converger dans une image. Parmi les autres indices de profondeur monoculaire, citons l'interposition, le chevauchement partiel des objets ainsi que la taille relative et la proximité des images par rapport à l'horizon.
CREUSEZ PLUS PROFONDÉMENT : Stéréo-aveuglement
Bruce Bridgeman est né avec un cas extrême de paresse oculaire qui l'a amené à devenir stéréoblind ou incapable de répondre aux signaux binoculaires de profondeur. Il s'est beaucoup fié aux indices de profondeur monoculaire, mais il n'a jamais vraiment apprécié la\(3-D\) nature du monde qui l'entourait. Tout a changé un soir de 2012 alors que Bruce regardait un film avec sa femme.
Le film que le couple allait voir a été tourné\(3-D\), et même s'il pensait que c'était un gaspillage d'argent, Bruce a payé les\(3-D\) lunettes lorsqu'il a acheté son billet. Dès le début du film, Bruce a enfilé ses lunettes et a fait l'expérience de quelque chose de complètement nouveau. Pour la première fois de sa vie, il a apprécié la véritable profondeur du monde qui l'entourait. Fait remarquable, sa capacité à percevoir la profondeur a persisté en dehors du cinéma.
Certaines cellules du système nerveux répondent aux signaux de profondeur binoculaires. Normalement, ces cellules ont besoin d'être activées au début de leur développement pour persister. Les experts qui connaissent bien le cas de Bruce (et d'autres comme le sien) supposent qu'à un moment donné de son développement, Bruce doit avoir connu au moins un moment éphémère de vision binoculaire. C'était suffisant pour assurer la survie des cellules du système visuel grâce à des signaux binoculaires. Le mystère est maintenant de savoir pourquoi Bruce a mis presque des\(70\) années à activer ces cellules (Peck, 2012).
Résumé
Les ondes lumineuses traversent la cornée et pénètrent dans l'œil par la pupille. Le cristallin concentre cette lumière de sorte que l'image soit focalisée sur une région de la rétine appelée fovéa. La fovéa contient des cônes qui possèdent une acuité visuelle élevée et fonctionnent mieux dans des conditions de forte luminosité. Les bâtonnets sont répartis dans toute la rétine et fonctionnent mieux dans des conditions de faible luminosité. Les informations visuelles quittent l'œil par le nerf optique. Les informations provenant de chaque champ visuel sont envoyées vers le côté opposé du cerveau, au niveau du chiasme optique. L'information visuelle passe ensuite par un certain nombre de sites cérébraux avant d'atteindre le lobe occipital, où elle est traitée.
Deux théories expliquent la perception des couleurs. La théorie trichromatique affirme que trois groupes de cônes distincts sont réglés sur des longueurs d'onde de lumière légèrement différentes, et c'est la combinaison de l'activité entre ces types de cônes qui se traduit par notre perception de toutes les couleurs que nous voyons. La théorie de la vision des couleurs basée sur le processus opposé affirme que la couleur est traitée par paires d'adversaires et explique le phénomène intéressant d'une image rémanente négative. Nous percevons la profondeur grâce à une combinaison de repères de profondeur monoculaires et binoculaires.
Lexique
- image rémanente
- maintien d'une sensation visuelle après l'élimination du stimulus
- signal binoculaire
- signal qui repose sur l'utilisation des deux yeux
- disparité binoculaire
- vision légèrement différente du monde que chaque œil reçoit
- angle mort
- point où nous ne pouvons pas répondre aux informations visuelles dans cette partie du champ visuel
- cône
- photorécepteur spécialisé qui fonctionne mieux dans des conditions de forte luminosité et détecte les couleurs
- cornée
- couverture transparente de l'œil
- perception de la profondeur
- capacité à percevoir la profondeur
- fovéa
- petite indentation dans la rétine qui contient des cônes
- iris
- partie colorée de l'œil
- lentille
- structure incurvée et transparente qui permet de focaliser davantage la lumière pénétrant dans l'œil
- perspective linéaire
- percevoir la profondeur d'une image lorsque deux lignes parallèles semblent converger
- repère monoculaire
- signal qui ne nécessite qu'un seul œil
- théorie du processus opposant de la perception des couleurs
- la couleur est codée par paires adverses : noir-blanc, jaune-bleu et rouge-vert
- chiasme optique
- Structure en forme de X située juste en dessous de la surface ventrale du cerveau ; représente la fusion des nerfs optiques des deux yeux et la séparation des informations des deux côtés du champ visuel vers le côté opposé du cerveau
- nerf optique
- transporte l'information visuelle de la rétine au cerveau
- photorcepteur
- cellule de détection de lumière
- élève
- petite ouverture dans l'œil par laquelle passe la lumière
- rétine
- muqueuse de l'œil sensible à la lumière
- barre
- photorécepteur spécialisé qui fonctionne bien dans des conditions de faible luminosité
- théorie trichromatique de la perception des couleurs
- la vision des couleurs est médiée par l'activité des trois groupes de cônes