PARTIE 4 : L ŒIL CH9 CERVEAU ET VISION I. LA PERCEPTION VISUELLE : Classe : 1 ère S durée :... la situation-problème Expliquer que la perception visuelle est une construction cérébrale et l apprentissage et la mémorisation en lien avec la maturation des systèmes cérébraux? le(s) support(s) de travail Site de référence : Les SVT et moi, le(s) consigne(s) donnée(s) à l élève Dissection dans la grille de référence les domaines scientifiques de connaissances Le vivant. Pratiquer une démarche scientifique ou technologique Observer, rechercher et organiser les informations. Réaliser, manipuler, mesurer, calculer, appliquer des consignes. Raisonner, argumenter, démontrer. Communiquer à l aide de langages ou d outils scientifiques ou technologiques. les capacités à évaluer en situation Identifier des aires corticales activées lors de la perception visuelle à partir d imagerie fonctionnelle cérébrale. Exploiter des exemples de perturbation de la perception visuelle. les indicateurs de réussite La construction de la perception visuelle nécessite l intervention coordonnée de plusieurs aires corticales visuelles spécialisées (traitant les formes, les couleurs et les mouvements) et de la mémoire. Les aires corticales sont déterminées génétiquement mais leur plasticité permet l apprentissage et la mémorisation. dans le programme de la classe visée les connaissances Plusieurs aires corticales participent à la vision. L imagerie fonctionnelle du cerveau permet d observer leur activation lorsque l on observe des formes, des mouvements. La reconnaissance des formes nécessite une collaboration entre les fonctions visuelles et la mémoire. La mise en place du phénotype fonctionnel du système cérébral impliqué dans la vision repose sur des structures cérébrales innées, issues de l évolution et sur la plasticité cérébrale au cours de l histoire personnelle. De même la mémoire nécessaire par exemple à la reconnaissance d un visage ou d un mot repose sur la plasticité du cerveau. L apprentissage repose sur la plasticité cérébrale. Il nécessite la sollicitation répétée des mêmes circuits neuroniques. les aides ou "coup de pouce" apport de savoir-faire : mots clés Cristallin, Lentille vivante, Transparence, souplesse les réponses attendues voir bilan fin d activité : les capacités Exploiter des données notamment expérimentales pour comprendre qu une image naît des interactions entre différentes aires du cortex cérébral. Recenser, extraire et organiser des informations pour comprendre le phénomène de plasticité cérébrale et son importance dans l établissement de différentes fonctions cognitives. Interpréter des expériences sur la maturation du cortex visuel chez l animal. Interpréter des observations médicales et/ou des imageries cérébrales chez l Homme.
Activité : Champs visuels et voies visuelles Doc 1 : exemple de limite du champ visuel droit L œil est immobile fixé sur un point est capable de détecter des stimuli visuels. Le champ visuel est séparé en 2 parties : Champs nasal et champ temporal. Limite du champ de l œil droit Champ visuel commun aux 2 yeux Limite du champ de l œil gauche Limite du champ de l œil gauche Limite du champ de l œil droit Doc 2 : Les voies nerveuses, de la rétine au cerveau B A C D
Correction activité les champs visuels et voies visuelles Champ visuel de l œil gauche Vision binoculaire est donnée par la superposition des champs visuels de l œil droit et de l œil gauche. Champ visuel de l œil droit Fibres nerveuses transportant les info. relatives aux champs visuels gauches de chaque œil. Fibres nerveuses transportant les info. relatives aux champs visuels droits de chaque œil. Cortex visuel gauche Zone de croisement des voies nerveuses synapse droit Cortex visuel primaire, aire cérébrale spécialisée Au niveau du chiasma optique, seules les fibres nerveuses qui transportent les informations des champs visuels temporaux se croisent. Donc chaque cortex visuel reçoit les informations issues du champ visuel nasal d un œil et les informations issues du champ temporal de l autre œil. Les parties droites de chaque champ visuel sont donc analysées par le cortex gauche et vice versa.
Champ visuel de l Homme Champ visuel de l œil droit Champ visuel de l œil gauche Je vois Je commence à voir avec l œil droit Je commence à voir avec l œil gauche Je commence à voir avec l œil gauche Je commence à voir avec l œil Mon champ visuel voies visuelles nerf optique chiasma œil gauche A B C œil droit champ visuel perçu / œil gauche A B champ visuel perçu / œil droit corps genouillé latéral D C cortex visuel D A, B, C, D : sections
Activité : les aires visuelles. Doc 1 : L encéphale est formé de plusieurs parties : le cerveau, le cervelet et le bulbe rachidien. Le cerveau comporte 2 hémisphères cérébraux qui font apparaître, sur une coupe, une mince couche de matière grise externe, de 2 à 4 mm d épaisseur: le cortex cérébral. Le cortex est un assemblage de plusieurs dizaines de milliards de neurones ; ces cellules interconnectées entre elles grâce à des synapses, forment un réseau extrêmement complexe. Le cortex est marqué par des circonvolutions limitées par des sillons ou scissures. Certains sillons, plus profonds, permettent de distinguer des lobes. Chaque hémisphère cérébral est formé d un lobe frontal, d un lobe temporal, d un lobe pariétal et d un lobe occipital. Doc 2 : les aires cérébrales sollicitées par la vision Doc 3 : illustration bilan
Situation initiale Autoportraits peints par l artiste Anton Räderscheidt après un accident vasculaire cérébral. L artiste a retrouvé ses capacités progressivement et complètement au bout de 9 mois (en bas à droite) Qu est-ce qui permet l élaboration d une perception visuelle, d une image? Imagerie médicale : TEP (tomographie par émission de positons) permet de localiser les zones actives du cerveau grâce à leur couleur. Structure de l encéphale humain : L encéphale est formé de plusieurs parties : le cerveau, le cervelet et le bulbe rachidien. Le cerveau comporte 2 hémisphères cérébraux qui font apparaître, sur une coupe, une mince couche de matière grise externe, de 2 à 4 mm d épaisseur: le cortex cérébral. Le cortex est un assemblage de plusieurs dizaines de milliards de neurones ; ces cellules interconnectées entre elles grâce à des synapses, forment un réseau extrêmement complexe. Le cortex est marqué par des circonvolutions limitées par des sillons ou scissures. Certains sillons, plus profonds, permettent de distinguer des lobes. Chaque hémisphère cérébral est formé d un lobe frontal, d un lobe temporal, d un lobe pariétal et d un lobe occipital. Sillon central Cortex cérébral L. frontal L. pariétal L. temporal L. occipital Sillon latéral Tronc cérébral Cervelet
Le rôle des aires visuelles L information est traitée par les différentes aires visuelles situées dans le lobe occipital, à l arrière de la tête. Toutes les informations arrivent dans le cortex visuel : Les aires primaires V1 et V2: il s'agit des zones de vision des contours : elles s'activent dans tous les cas de perception fine et envoie des messages vers les aires spécialisées : L'aire V3: rôle dans la perception de la forme L'aire V4: rôle dans le traitement des couleurs avec d'autres régions associées. L'aire V5: rôle dans l appréciation des mouvements.
Activité : Plasticité cérébrale Doc 1 : zones actives du cerveau en fonction du temps lors de la lecture de mots Les zones actives lors de la lecture sont en rouge et en jaune et sont principalement situées dans l hémisphère gauche du cerveau : coopération entre les aires cérébrales : aires visuelles, aires de la mémoire et zones dédiées au langage. Doc 2 : Utilisation des chaises et de la forme passage à Le passage de la forme à la lettre fait intervenir des aires différentes et nouvelles lors de l apprentissage. L apprentissage de la lecture est responsable d un remodelage profond des connexions cérébrales et induit une extension des aires de langage et une communication entre les réseaux du langage écrit et parlé. L apprentissage et les expériences individuelles modifient continuellement l organisation corticale. A l échelle cellulaire cette neuro-plasticité correspond essentiellement à un remodelage des connexions synaptiques (et non à l augmentation ou la diminution du nombre de neurones), qui transforme les réseaux de neurones, donnant une orientation nouvelle à la circulation de l information. Bilan : Le cortex visuel primaire, situé dans la partie arrière du cerveau, correspond aux points d entrée des messages nerveux issus des photorécepteurs rétiniens. Le cortex est la couche externe des hémisphères cérébraux. D autres aires du cortex cérébral participe à la vision : elles sont spécialisées dans la reconnaissance des formes, des couleurs, des mouvements. La vision résulte de l intégration des informations issues de ces différentes aires visuelles en interaction avec la mémoire. La mise en place de la vision repose sur des structures présentes et fonctionnelles dès la naissance, identiques chez tous les individus de la même espèce : elle est le résultat de l expression de l information génétique et est issue de l évolution. La maturation du cortex s effectue également sous l effet de l expérience individuelle et de l apprentissage. En effet, une des caractéristiques du fonctionnement cérébral est sa capacité à se remanier au cours de la vie : c est ce qu on appelle la plasticité cérébrale. La mémoire repose aussi sur la plasticité cérébrale : elle passe par la sollicitation répétée de circuits neuronaux, ce qui réactive des souvenirs précédents.
PARTIE 4 : L ŒIL CH9 CERVEAU ET VISION II. L INTERVENTION DE SUBSTANCES CHIMIQUES : Classe : 1 ère S durée :... la situation-problème Expliquer le(s) support(s) de travail Site de référence : Les SVT et moi, le(s) consigne(s) donnée(s) à l élève Dissection dans la grille de référence les domaines scientifiques de connaissances Le vivant. Pratiquer une démarche scientifique ou technologique Observer, rechercher et organiser les informations. Réaliser, manipuler, mesurer, calculer, appliquer des consignes. Raisonner, argumenter, démontrer. Communiquer à l aide de langages ou d outils scientifiques ou technologiques. les capacités à évaluer en situation les indicateurs de réussite Des substances comme le LSD, en agissant au niveau des synapses, perturbent, parfois de façon définitive, le fonctionnement des aires cérébrales associées à la vision. dans le programme de la classe visée les connaissances Des substances comme le LSD perturbent le fonctionnement des aires cérébrales associées à la vision et provoquent des hallucinations qui peuvent dériver vers des perturbations cérébrales graves et définitives. les aides ou "coup de pouce" apport de savoir-faire : mots clés Cristallin, Lentille vivante, Transparence, souplesse les réponses attendues voir bilan fin d activité les capacités Recenser, extraire et organiser des informations pour comprendre le phénomène de plasticité cérébrale et son importance dans l établissement de différentes fonctions cognitives. Interpréter des expériences sur la maturation du cortex visuel chez l animal. Interpréter des observations médicales et/ou des imageries cérébrales chez l Homme.
Activité : La synapse Doc 1 : vidéo sur la communication neuronale Doc 2 : électronographie d une synapse Le procédé d'électronographie est une technique d'enregistrement d'une image électronique sur une plaque photographique grâce à une caméra électronique ou un microscope. Doc 3 : électronographie d une synapse au repos puis après stimulation Message nerveux de nature électrique provenant de la rétine Neurone présynaptique Vésicule synaptique contenant les neurotransmetteurs Vésicule synaptique ayant fusionné avec la membrane Message nerveux de nature chimique = neurotransmetteur Neurone postsynaptique Spécifiques aux neurotransmetteurs Message nerveux de nature électrique allant au cerveau
Entre la rétine et le cortex cérébral, le message nerveux est transmis par des neurones interconnectés : on appelle synapse la zone de connexion entre deux neurones. Le message nerveux qui circule dans un neurone est de nature électrique mais au niveau de la synapse c est une substance chimique (appelée neurotransmetteur) qui permet la propagation du message. La transmission synaptique nécessite que les molécules de neurotransmetteurs se fixent sur des récepteurs spécifiques. Activité les drogues hallucinogènes : LSD Doc 1 : diaporama sur les effets des drogues : Les individus en prenant ces drogues voient des choses qui n existent pas. Le cerveau fonctionne sans l utilisation des organes sensoriels. Doc 2 diaporama : L origine biologique des hallucinations et illusions visuelles. Les hallucinations ont pour origine une modification du message nerveux visuel. La molécule de LSD, présente des similitudes importantes avec la sérotonine, neurotransmetteur. Lors de la prise de drogue, les molécules de LSD se fixent sur les récepteurs des éléments postsynaptiques des neurones des voies visuelles. Il en résulte alors la naissance d un message nerveux électrique transmis aux autres neurones jusqu à parvenir au cerveau, où la perception des images peut avoir lieu même en dehors de tout stimulus visuel perçu par l œil. Bilan : Certaines substances chimiques comme le LSD peuvent perturber la vision en se fixant sur les récepteurs spécifiques à la place des neurotransmetteurs : ils provoquent alors des hallucinations.