Chapitre 3 Chaîne de perception visuelle

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1 Chapitre 3 Chaîne de perception visuelle

2 PLAN 1. Anatomie 1.1 L œil 1.2 La rétine 1.3 Système nerveux central 2. Milieux transparents de l œil 2.1 Optique géométrique 2.2 Description dioptrique de l œil 2.3 Fonctionnement de l œil emmétrope Vision à l infini et ponctum remotum Accommodation et ponctum proximum 2.4 Acuité visuelle Définition Facteurs de variation de l acuité visuelle Topographie rétinienne Amblyopie

3 PLAN (suite) 3. La rétine 3.1 Étape photochimique Pourpre rétinien Pigments des cônes 3.2 Étape électrophysiologique 4. voies et centres visuels

4 I. ANATOMIE Anatomie! L œil! 1.1. L œil muscle extrinsèque externe humeur aqueuse cornée transparente pupille iris sillon scléroide circulaire corps ciliaire zonule de Zinn corps vitré cristallin fovéa papille côté temporal sclérotique choroïde rétine nerf optique côté nasal muscle extrinsèque interne

5 1.1. L œil (suite) Anatomie! L œil! Sourcils Os frontal Muscle releveur de la paupière supérieur Muscle droit supérieur Graisse orbitaire Paupière supérieure Cornée Pupille Humeur aqueuse Cils Paupière inférieure Iris Corps vitré Corps ciliaire Nerf Cristallin optique Zonule de Zinn Rétine Choroïde Sclérotique Muscle droit inférieur

6 1.1. L œil (suite) Anatomie! L œil! Paroi : formée de 3 tuniques - externe (fibreuse) : sclérotique, transparente en avant (cornée) - moyenne (vasculaire) : choroïde, corps ciliaire et iris. - interne (nerveuse) : rétine ( -> nerf optique)

7 1.1. L œil (suite) Anatomie! L œil! Paroi moyenne (vasculaire) Choroïde Rôle : nutritionel oxygénation Ses pigments absorbent les rayons lumineux ayant traversés la rétine et préviennent le phénomène de réflexion Pr. Motta / dept. of anatomy / university, "la sapienza", Rome Microscopie électroniquex520 ( 6x7 cm)

8 1.1. L œil (suite) Anatomie! L œil! Paroi moyenne (vasculaire) Iris d un œil humain La pupille (bleu) L'iris (mauve) Cils nourriciers (rouge) sites d'attachement des Filaments suspenseurs (vert et jaune) du cristallin Pr. Motta / dept. of anatomy / university, "la sapienza", Rome Microscopie électroniquex520

9 1.1. L œil (suite) Anatomie! L œil! Paroi moyenne (vasculaire)! Cils suspenseurs du cristallin Cils suspenseurs (bleu) du cristallin (marron) Les fibres zonulaires (jaune)! Pr. Motta / dept. of anatomy / university, "la sapienza", Rome Microscopie électroniquex520

10 1.1. L œil (suite) Anatomie! L œil! Paroi interne (nerveuse) : rétine (qui donne naissance au nerf optique) La rétine centrale, zone de la rétine où se forment l image d un point que l on regarde. Fovéa centralis : - à l intersection axe visuel-rétine - sa partie la plus centrale ou fovéola est constituée uniquement de cônes et représente la zone la plus discriminative de la rétine (AV=10/10ème) Région parafovéale et périfovéale : Prédominance des cônes, apparition progressive des bâtonnets La rétine périphérique : uniquement des bâtonnets!

11 1.1. L œil (suite) Anatomie! L œil! Fovéa : zone de la rétine où se forme l image d un point que l on regarde. Côté temporal 5 Axe optique Axe visuel NN' Fovéa Côté nasal

12 1.1. L œil (suite) Anatomie! L œil! Axe optique Plus les axes optiques divergent plus les yeux sont latéraux

13 1.1. L œil (suite) Anatomie! L œil! Le diaphragme pupillaire : Variation entre 3 et 8 mm Après éblouissement : fermeture rapide Ouverture plus lente à l obscurité Si mydriase : sortie des approximations de Gauss (dioptre sphérique stigmatique) Si Myosis très serré : flou de diffraction Diamètre pupillaire (en mm) Ouverture de la pupille Fermeture de la pupille Temps en s

14 1.1. L œil (suite) Anatomie! L œil! La cavité oculaire humeur aqueuse zonule de Zinn corps vitré cristallin côté temporal côté nasal humeur vitrée

15 1.1. L œil (suite) Anatomie! L œil! Cellules du cristallin d un œil humain Pr. Motta / dept. of anatomy / university, "la sapienza", Rome Microscopie électroniquex520

16 1.1. L œil (suite) Anatomie! L œil! Cellules du cristallin d un œil humain La transparence est due : à l absence de noyau à la précision de l arrangement cellulaire Pr. Motta / dept. of anatomy / university, "la sapienza", Rome Microscopie électroniquex520

17 1.2 Structure nerveuse de la rétine Organe sensoriel Récepteurs Anatomie! La rétine! Choroïde Couche pigmentaire Cônes et bâtonnets Limitante externe Organe nerveux Bipolaires Amacrines Horizontales Granuleuse externe (corps cellulaires des recepteurs) Plexiforme externe (synapses) Granuleuse interne (3 types de corps cellulaires) Plexiforme interne (synapses) Ganglionnaires Cellules ganglionnaires Nerf optique (axones) Sens de la lumière

18 1.21. Les récepteurs Anatomie! Structure nerveuse de la rétine! Disques Segment externe Espace cytoplasmique Membrane plasmique Segment externe Bâtonnet Cil Mitochondrie Cône Segment interne Noyau Segment interne Synapse terminale Vésicules synaptiques Synapse terminale

19 1.21. Les récepteurs (suite) Anatomie! La rétine! Bâtonnets Cônes Topographie Domaine de vision Sensibilité Précision (acuité visuelle) Variance Adaptation Pigment Rétine périphérique (uniquement) Nocturne = scotopique Forte sauf au rouge Faible Vision univariante (non colorée) Importante Lente 1 seul : rhodopsine Surtout à la fovéa Diurne = photopique Faible Forte Vision trivariante (colorée) Faible Rapide 3 pigments distincts

20 1.21. Les récepteurs (suite) Anatomie! La rétine! Bâtonnets (130 millions) Cônes (6 à 7 millions) - absents au niveau de la fovéa - uniformes - très nombreux à la fovéa - polymorphes Nombre de récepteurs/mm 2! Acuité visuelle Bâtonnets Cônes Point aveugle Bâtonnets Cônes 1,4 1 0,6 0,2 Acuité visuelle!

21 1.21. Les récepteurs (suite) Anatomie! Structure nerveuse de la rétine! Vue en détails d'un bâtonnet. Une pigmentation spéciale qui se trouve sur la partie supérieure des bâtonnets est très sensible à la lumière. L'absorption de la lumière par ces pigments enclenche une série de réactions chimiques permettant à des impulsions nerveuses de se rendre de l'œil jusqu'au cerveau

22 Les cônes Les récepteurs (suite) Les bâtonnets Anatomie! Structure nerveuse de la rétine!

23 1.21. Les récepteurs (suite) Anatomie! Structure nerveuse de la rétine! Les cônes et les bâtonnets. cône bâtonnet Microphotographie d'après Friedhoff et Benzon, 1991 Les cônes sont en forme de bulbes les bâtonnets plus minces, sont situés entre les cônes.

24 1.2.2 Les voies de transmission Anatomie! Structure nerveuse de la rétine! Neurone 1 : cellules bipolaires - certaines en connexion avec un nombre limité de cônes (parfois seulement avec un cône) - d autres avec des cônes et des bâtonnets Neurone 2 : cellules ganglionnaires - certaines en connexion avec une seule cellule bipolaire et un seul cône. - axones : nerf optique Cellules transversales (structure en réseau) - cellules horizontales entre cônes et bâtonnets - cellules amacrines entre bipolaires et ganglionnaires

25 1.2.2 Les voies de transmission (suite) Anatomie! Structure nerveuse de la rétine! La fovéa Pr. Motta / dept. of anatomy / university, "la sapienza", Rome Microscopie électroniquex520 ( 6x7 cm)

26 1.2.2 Les voies de transmission (suite) Anatomie! Structure nerveuse de la rétine! Fovéa Rétine périphérique Topographie territoire indépendant très étendu photorécepteurs Cellules bipôlaires Cellules ganglionnaires

27 1.3. Système nerveux central Anatomie! Système nerveux central! Globe occulaire Nerf optique (neurone 2) Chiasma Corps geniculés latéraux (neurone 3) Tubercules quadrijumeaux antérieurs Aire associée (neurone 4) Cortex occipitaux Aire visuelle primaire Neurone 2 : nerfs optiques, chiasma optique. Neurone 3 : neurone thalamo-cortical Neurone 4 : intracortical

28 1.3. Système nerveux central Anatomie! Système nerveux central! nerfs optiques chiasma optiques Corps genouillé latéral Bandelettes optiques Dorsal Ventral Voie magnocellulaire Voie parvocellulaire

29 II. MILIEUX TRANSPARENTS DE L ŒIL Optique géométrique! 2.1 Optique géométrique Réfraction Transmission Réflexion spectre d'émission (lumière solaire) spectre transmis Diffusion Spectre de transmission d'une pomme

30 2.1 Optique géométrique (suite) Optique géométrique! Indice de réfraction : n = vitesse de la lumière dans le vide vitesse de la lumière dans ce milieu Dioptre = surface séparant 2 milieux d indice de réfraction différents dévie un rayon qui ne le frappe pas perpendiculairement Dioptre stigmatique Objet ponctuel donne image ponctuelle. Le point et l image sont dits conjugués l un de l autre.

31 2.1 Optique géométrique (suite) Optique géométrique! Rappels i 1 = r Loi de Descartes n 1 sin i 1 = n 2 sin i 2 rayon réfléchi r n 1 n 2 Dioptre rayon réfracté i 1 i 2 rayon incident

32 2.1 Optique géométrique (suite) Optique géométrique! Le dioptre sphérique S C Propagation de la lumière Approximation de Gauss Surface = calotte sphérique (S : sommet, C : centre optique, R : rayon de courbure du dioptre) Le dioptre sphérique est stigmatique si le faisceau incident est : - étroit ( pinceau ) - peu incliné sur l axe du dioptre - paracentral

33 2.1 Optique géométrique (suite) Optique géométrique! Le dioptre stigmatique A Faisceau trop large O n 1 < n 2 n 1 n 2 I Approximation de Gauss B Faisceau trop incliné C Faisceau trop loin de l'axe D E Le dioptre n est stigmatique que dans les cas D et E.

34 2.1 Optique géométrique (suite) Optique géométrique! Foyers et distances focales - Origine n 1 n 2 + Objet (O) Sommet (S) Image (I) B A F o S R C F i A B SO 0 SC SI

35 2.1 Optique géométrique (suite) Optique géométrique! Foyers et distances focales - L image Foyer image (point à l infini) Foyer image réel (dioptre convergent) Foyer image virtuel (dioptre divergent ) Distance focale image - L objet Distance focale image Foyer image Foyer objet Distance focale objet Foyer objet Distance focale objet

36 2.1 Optique géométrique (suite) Optique géométrique! Les rayons remarquables Un rayon qui passe par le centre optique n est pas dévié B A F o S R C F i A B

37 2.1 Optique géométrique (suite) Optique géométrique! Les rayons remarquables Un rayon qui arrive parallèle à l axe optique passe par le foyer image (Fi) du système B A F o S R C F i A B

38 2.1 Optique géométrique (suite) Optique géométrique! Les rayons remarquables Un rayon qui passe par le foyer objet (Fo) du système ressort parallèle à l axe optique B A F o S R C F i A B

39 2.1 Optique géométrique (suite) Optique géométrique! Puissance d un dioptre : traduit l importance de la déviation du faisceau D = (n 2 - n 1 )/ r (unité : Dioptrie, 1 dioptrie=1 m -1 ) - n 1 = 1 si air ou vide - r = rayon du dioptre (SC) Plus le dioptre est puissant, plus la distance focale image est courte. A B le dioptre B est plus puissant (et plus convergent) que le dioptre A

40 2.1 Optique géométrique (suite) Optique géométrique! Convention de signe - axe SC de gauche à droite (sens des rayons lumineux) - Origine des abscisses = S (sommet du dioptre) - Dioptre convergent : SC + (Puissance D +) - Dioptre divergent : SC - (Puissance D -) S C C S Dioptre convergent Dioptre divergent Lentille convexe Lentille concave

41 2.1 Optique géométrique (suite) Optique géométrique! Proximité - Objet : P o = 1/d o P = 1/d - Image : P i = 1/d i d o d i avec d o et d i = distances algébriques en m d un objet et d une image au dioptre. Si le milieu d indice n 1 est l air, les proximités Po et Pi sont liées par la relation : P o + np i = D

42 2.1 Optique géométrique (suite) Optique géométrique! Focale image et focale objet : relation avec la puissance du dioptre n 2 SI = n 1 ( ) SO + n 2 n 1 SC = n 1 SO + D n 2 SI = n 1 SO + D = n 1 + D = 0 + D n 2 SI = D f ʹ = SI = n 2 D n 2 SI = n 1 SO + D n 2 = n 1 SO + D n 1 SO = D SO = n 1 D f = SO = n 1 D f = n 2 / D et f = - n 1 / D

43 2.1 Optique géométrique (suite) Optique géométrique! Le champ visuel nasal temporal 70 haut 80 bas

44 2.1 Optique géométrique (suite) Le champ visuel Optique géométrique!

45 2.1 Optique géométrique (suite) Optique géométrique! Le champ visuel Le champ binoculaire

46 2.1 Optique géométrique (suite) Optique géométrique! La vision binoculaire M f : fovéa c : centres visuels C 1 C 2 f 1 f 2

47 2.1 Optique géométrique (suite) Optique géométrique! La vision binoculaire (suite) f 1 et f 2 = points correspondants α 1 et α 2 M A a 1 et a 2 = points correspondants C 1 C 2 Images légèrement différentes a 1 α 1 α 2 Relief a 2 f 1 f 2

48 2.1 Optique géométrique (suite) Optique géométrique! La vision binoculaire (suite) f 1 et f 2 = points correspondants B et C en dehors du cercle b 1 et b 2 = points non correspondants c 1 et c 2 = points non correspondants B C M A Image double a 1 C 1 C 2 α 1 α 2 b 2 f 1 b 1 f 2 c 1 a 2 c 2

49 2.1 Optique géométrique (suite) Optique géométrique! La vision binoculaire (suite)

50 2.2. Les dioptres de l œil (suite) Description dioptrique de l œil.! Cornée n = 1,377 Air n = 1 48 dioptries le plus puissant

51 2.2. Les dioptres de l œil (suite) Description dioptrique de l œil.! Cornée n = 1,377 Humeur aqueuse n = 1,336 faible puissance

52 2.2. Les dioptres de l œil (suite) Description dioptrique de l œil.! Cristallin n = 1,42 Humeur aqueuse n = 1,336 puissance variable (jusqu à +20 dioptries)

53 2.2. Les dioptres de l œil (suite) Description dioptrique de l œil.! Cristallin n = 1,42 Humeur vitrée n = 1,336

54 2.2. Description dioptrique de l œil. Description dioptrique de l œil.! Les dioptres de l œil : (4) Dioptre cornéen antérieur - sépare Air (n = 1) et Cornée (n = 1,377). - le plus puissant (48 dioptries) Dioptre cornéen postérieur - sépare Cornée et Humeur aqueuse (n = 1,336). - faible puissance Dioptre cristallinien antérieur - sépare Humeur aqueuse et Cristallin (n = 1,42). - puissance variable (jusqu à +20 dioptries) Dioptre cristallinien postérieur - sépare Cristallin et Humeur vitrée (n = 1,336).

55 2.2.2 L œil réduit de LISTING Description dioptrique de l œil.! = C est l ensemble des dioptres oculaires = Système centré avec un axe optique commun Sommet à 2 mm en arrière de la face antérieure de la cornée C Puissance : 60 dioptries Indices extrêmes : n = 1 et n = 1,336 Rayon de courbure : 5,6 mm (ou 0,0056 m) 5,6 mm 17 mm Centre optique (C) à 17 mm de la rétine (1/60 = 0,017).

56 2.3. Fonctionnement de l œil emmétrope. Fonctionnement de l œil emmétrope.! Pour avoir une image nette de l objet, il faut : 1) Que l image d un point soit un point (stigmatisme). o i n 1 < n 2 n 1 n 2 2) Que cette image se forme sur la rétine (accommodation).

57 2.3. Fonctionnement de l œil emmétrope Vision à l infini et ponctum remotum (PR) Ponctum remotum = point conjugué de la rétine pour l œil au repos = point vu nettement sans accommodation la puissance de l œil est minimale D = D 0 (Dmin) Fonctionnement de l œil emmétrope.! œil normal (emmétrope) : PR à l infini (> 5 m) œil amétrope : PR à distance finie - amétropie sphérique :. myopie : image en avant de la rétine (dioptrie + ou excès de convergence). hyperopie : image en arrière de la rétine (dioptrie - ou insuffisance de convergence) - non sphérique : astigmatisme

58 2.3. Fonctionnement de l œil emmétrope. Fonctionnement de l œil emmétrope.! Accommodation et ponctum proximum (PP) Accommodation : variation de la puissance de D 0 à Dmax Amplitude maximale d accommodation (limites de vision nette) A = Dmax - D 0. Ponctum proximum (PP) = point conjugué de la rétine pour une accommodation max A = P - R R = Proximité du PR = D 0 - D = 0 (œil emmétrope) P = Proximité du PP = Dmax - D

59 2.3. Fonctionnement de l œil emmétrope. Mécanismes de l accommodation = augmentation de la convergence du cristallin, grâce à l augmentation simultanée : - de sa courbure - de son indice de réfraction Maladie de l accommodation : - Presbytie : A < 4 dioptries. sclérose du cristallin à partir de 45 ans. éloignement du PP (PR n est pas altéré). amplitudes d accommodation : 14 dioptries à 8 ans 2 dioptries à 50 ans 0 dioptries à 70 ans. correction : verres sphériques convergents Fonctionnement de l œil emmétrope.!

60 2.3.3 Vision à l infini et ponctum remotum (PR). Maladie de l accommodation : la presbytie (suite) Proximité P.P Fonctionnement de l œil emmétrope.! P.R Limite de la presbytie 4 dioptries age en année

61 2.4. Acuité visuelle (AV) Acuité visuelle.! Définition = Pouvoir séparateur ou discriminateur de l œil = L inverse du plus petit angle sous lequel l œil peut distinguer 2 points ou 2 lignes. Cet angle = Minimum séparable : diamètre apparent minimal d un objet vu distinctement (s exprime en minutes d arc) AV = 1/α AV : Acuité visuelle α : minimum séparable AV = 1 lorsque le minimum séparable = 1 min. d arc. AV est en pratique exprimé en dixième : AV = 1 = 10/10

62 2.4. Acuité visuelle (suite) Acuité visuelle.! Facteurs de variation de l acuité visuelle Luminance (conditions d éclairage) Contraste entre l objet et son entourage Forme de l objet Couleur de l objet Temps d exposition de l objet Vision diurne ou nocturne

63 2.4. Acuité visuelle (suite) Acuité visuelle.! Topographie rétinienne Vision diurne : - AV = 10/10 au niveau de la fovéa - décroît très rapidement dès qu on s en écarte Vision nocturne : - AV nulle à la fovéa - comprise entre 1/10 et 1/20 à la périphérie de la rétine Amblyopie = abaissement pathologique de l AV 1 1/10 1/20 acuité visuelle région fovéa périphérique région périphérique

64 2.4. Acuité visuelle (suite) Acuité visuelle.! Acuité visuelle Point aveugle Bâtonnets Bâtonnets 1, , Cônes Cônes 0,

65 2.4. Acuité visuelle (suite) Acuité visuelle.! Rayures distinguées par un homme ayant une vue normale Rayures distinguées par un chien ayant une vue normale

66 2.4. Acuité visuelle (suite) Acuité visuelle.! Fondre sur une proie Globe oculaire presque aussi gros qu un cheval La plus forte acuité visuelle du règne animal 5 fois celle de l homme 10 6 photorécepteurs /mm 2 ( chez l homme)