CHAPITRE N 1 : L ORGANISATION DE L ŒIL ET LE CRISTALLIN I- ORGANISATION ANATOMIQUE DE L ŒIL TP n 1 Voici quelques légendes Bilans: - l'oeil est l'organe de la vue, il est composé de plusieurs structures emboîtées les unes dans les autres dont les plus internes sont transparentes 3 membranes : - la sclérotique, enveloppe résistante qui borde l'oeil. Elle s'amincit et devient transparente en avant de l'oeil. Elle forme la cornée. - la choroïde est une couche pigmentée qui fonctionne comme une chambre noire (cf physique-chimie). En avant, elle donne l'iris (qui détermine la couleur des yeux". L'espace libre entre les bords de l'iris s'appelle la pupille. Son diamètre varie en fonction de l'éclairement (rétracté/dilaté). -la rétine est la couche de cellules la plus interne sur laquelle se forme les images. Nous l'étudierons plus en profondeur dans le TP n 2.
3 systèmes transparents : - le cristallin, au centre de l'iris (légèrement en arrière), fonctionne comme une lentille biconvexe permettant de focaliser une image vers la rétine. - On distingue aussi deux milieux: l'humeur aqueuse en avant de l'oeil, et l'humeur vitrée en arrière du cristallin. 2. Formation des images au niveau de la rétine Voir doc. du livre et cours de physique 3. Un milieu transparent, le cristallin Le cristallin est un organe vivant non vascularisé. Il est constitué de cellules qui se divisent et ont une activité métabolique. Ces cellules responsables de la transparence du cristallin ont des caractéristiques très particulières : Les cellules se forment par mitoses en périphérie du cristallin puis sont poussées par les jeunes cellules vers le centre du cristallin. Les cellules se multiplient pendant la vie embryonnaire, très peu sont formées après 20 ans. Elles ne sont jamais remplacées : la structure du cristallin n est donc jamais renouvelée. Au cours de l évolution, les cellules perdent leur noyau et les organites. Le cytoplasme se présente alors sous forme d un gel de protéines (les cristallines) formant un réseau cristallin transparent. Les cellules du cristallin reçoivent les éléments nécessaires à leur métabolisme (eau, glucose, ions) des humeurs vitrée et aqueuse. Elles possèdent dans leur membrane des aquaporines (protéine canaux) et des connexons (protéines qui connectent les différentes cellules entre elles). A maturité, les cellules du cristallin forment des lames transparentes de 1cm de long pour 10 µm de largeur et 4.5µm d épaisseur. Les anomalies du cristallin : La cataracte se manifeste par une opacification progressive du cristallin. La cause est liée à une précipitation des protéines du cytoplasme des cellules (les cristallines) et un manque d adhérence entre les cellules du cristallin (absence de connexons). De l eau remplit les espaces intercellulaires. La cataracte nécessite une opération, avec mise en place d un implant artificiel. Elle reste la première cause de cécité dans le monde (18 millions de personnes selon l OMS)
Conclusion : Le cristallin est l un des systèmes transparents de l œil humain. Il est formé de cellules vivantes sans noyau et sans organites, composées de protéines cytoplasmiques à l origine de la transparence de ce système. Des anomalies liées au vieillissement du cristallin expliquent certains défauts de vision comme la presbytie et la cataracte. CHAPITRE N 2 : LA RETINE ET SES PHOTORECEPTEURS, L HISTOIRE D UNE EVOLUTION
I- Organisation et fonctionnement de la rétine La rétine est organisée autour de plusieurs types cellulaires: 1. les cellules photo réceptrices (cônes et bâtonnets) qui captent la lumière. Etrangement, cette couche est la plus profonde de la rétine. La lumière doit donc traverser tous les autres types cellulaires avant de l'atteindre. 2. Les neurones bipolaires qui recueillent les informations de plusieurs cellules photoréceptrices et les transmettent aux neurones ganglionnaires dont les axones se rejoignent pour former le nerf optique. Les photorécepteurs, possédant un pigment dans leur segment externe, constituent les récepteurs sensoriels de la vision. Leur stimulation par la lumière entraîne la production d un message nerveux, de nature électrique, interprétable par le cerveau
3- Deux types de photorécepteurs complémentaires Il existe deux types de photorécepteurs, les bâtonnets et les cônes : Les bâtonnets, plus nombreux en périphérie de la rétine, permettent une vision dans des conditions d'éclairement très faible mais sans perception des couleurs et avec une acuité médiocre. Les cônes sont plus abondants dans la partie centrale de la rétine (notamment la fovéa qui ne comprend que des cônes). Leur fonctionnement exige une luminosité importante. Ces photorécepteurs permettent la vision des couleurs, avec une grande acuité. Ces deux types de photorécepteurs sont complémentaires et assurent une vision même pour de faible éclairement. 4- Des zones particulières de la rétine. La zone de la rétine où se concentre les cônes se nomme la fovéa (ou tache jaune). Cette zone de la rétine se caractérise donc par: - la densité élevée des cônes - le déplacement des neurones bipolaire et ganglionnaire en périphérie
- le câblage neuronal: un cône est relié à un neurone bipolaire lui même relié à un neurone ganglionnaire Ces caractéristiques expliquent que la fovéa soit le point de la rétine présentant l'acuité visuelle maximale. Enfin, l'expérience de Mariotte met en évidence l'existence d'un point aveugle: Ce point aveugle correspond à une zone périphérique du champ de vision et son analyse plus poussée révèle qu'il s'agit du point de sortie du nerf optique; c'est à dire du rassemblement de l'ensemble des axones des neurones ganglionnaires. II- Les pigments rétiniens (opsines) et la vision des couleurs La vision des couleurs chez l Homme met en jeu trois types de cônes, contenant chacun un pigment protéique spécifique, nommé l opsine S, M, ou L pour Long, Middle et Short Wavelength Sensitive). Chaque opsine présente un maximum d absorption de la lumière, respectivement situé dans le bleu, le vert, le rouge.
C est l excitation relative des différents types de cônes qui permet de restituer les millions de nuances colorées auquel l œil est sensible. La vision dans l espèce humaine est trichromatique : chaque couleur perçue est le résultat d un mélange en proportion variable des trois couleurs primaires captées par ces trois types de cônes. La rhodopsine (pigment des bâtonnets) et les opsines ( pigment des cônes) sont des protéines codées par des gènes. Plusieurs mutations peuvent rendre l un de ces gènes défectueux. Le daltonisme est une anomalie génétique due à une mutation de l'un des gènes codant pour les opsines des cônes. LES PHOTORECEPTEURS, PRODUITS DE L EVOLUTION Les pigments rétiniens des cônes (de nature protéique) sont codés par des gènes. Les différents gènes d opsine (= gènes codant les opsines S, M, L) de l espèce humaine présentent de grandes similitudes. Ces gènes résultent de l évolution d un gène ancestral ayant subi une duplication et dont les copies ont divergé par mutations successives. Certaines copies ont pu subir un déplacement sur un autre chromosome, ou transposition. L ensemble de ces gènes issus du même gène ancestral forme une famille multigénique. La ressemblance entre les séquences d un même gène ou de la protéine correspondante chez différentes espèces reflète le degré de parenté entre ces espèces. L'étude des pigments rétiniens confirme l'appartenance de l'homme au groupe des primates : il existe une très forte similitude entre les séquences protéiques (opsine bleue) de l Homme et des autres primates. Plus précisément, l Homme appartient au groupe des primates de l Ancien monde. En effet, d une part les primates de l Ancien monde sont trichromates (possession de 3 gènes codant les opsines S, M et L) tandis que ceux du Nouveau monde sont dichromates (possession de 2 gènes codant les opsines S et M /L). Une duplication des gènes d opsine est à l origine de la trichromatie des primates de l Ancien monde. D autre part, la séquence protéique de l opsine S de l Homme présente davantage de ressemblances avec les séquences de cette même molécule chez les primates de l Ancien monde qu avec celles du Nouveau monde. Arbre de parenté obtenu à l aide des opsines (bleue)
Reste à voir comment l'information visuelle, crée électriquement au niveau des cellules photoréceptrices et propagée le long des neurones bipolaires et ganglionnaires, accède au cerveau et comment elle y est reconnue.
1) les voies visuelles Chapitre 3 : Cerveau et vision, aires cérébrales et plasticité - les informations visuelles nerveuses transitent entre le nerf optique (point de sortie de la rétine) et le cerveau. Une partie des fibres nerveuses croisent au niveau du CHIASMA OPTIQUE avant de relier le CORPS GENOUILLE LATERAL. De ce point, les fibres nerveuses rejoignent le CORTEX VISUEL PRIMAIRE. Les expériences de lésion des fibres en différents points du cerveau montrent que les informations visuelles correspondantes au champ visuel gauche, sont recueillies par la partie droite de la rétine des deux yeux et ce qui se trouve dans le champ visuel droit est perçu par la partie gauche de la rétine de deux yeux. - Les informations visuelles des parties gauches des deux rétines transmettent leurs informations à la partie gauche du cerveau. Donc, les informations visuelles des parties droites des deux rétines transmettent leurs informations à la partie droite du cerveau. Cl : le croisement partiel des fibres des deux nerfs optiques a une conséquence importante : la moitié (gauche ou droite) du champ visuel est perçue par l hémisphère cérébral du coté opposé. 2) le cortex visuel primaire. L imagerie fonctionnelle du cerveau permet de montrer que plusieurs aires corticales participent à la vision : - Le cortex visuel primaire, situé dans la partie arrière du cerveau, correspond aux points d'entrée des messages nerveux issus des photorécepteurs rétiniens. Le message est ensuite propagé dans l ensemble du cortex visuel.
- Des aires corticales visuelles spécialisées interviennent dans la reconnaissance des formes (aire V3), des couleurs (aire V4), du mouvement (aire V5). La reconnaissance des formes nécessite une collaboration entre les aires visuelles et structures cérébrales impliquées dans la mémoire. Une perception visuelle unique résulte donc d une intégration de l ensemble des messages ainsi traités par les différentes aires corticales. 3) L intervention de la mémoire. Lire ou reconnaitre un visage nécessite la perception visuelle du mot ou du visage mais aussi une reconnaissance qui met en jeu notre mémoire. Cependant il n existe pas d aire de la mémoire dans le cerveau, c est seulement la réactivation de plusieurs assemblées de neurones qui permet d associer la perception à un nom ou un objet déjà connu. Accès à la prononciation Entrées visuelle s Accès au sens Forme visuelle des mots Il est ainsi facile de duper le cerveau, ce sont les illusions d optiques que l on devrait plutôt appeler les illusions cérébrales. Voir diaporama. - Illusions géométriques : le cerveau sur ou sous estime les dimensions ou les directions - Image à double sens : chacun va privilégier une interprétation au point d en masquer une autre.etc... La mise en place du phénotype cérébral impliqué dans la vision repose sur des structures innées, présentes et fonctionnelles dès la naissance. Elles sont le résultat de l'expression de l'information génétique et sont issues de l'évolution. La maturation du cortex cérébral s'effectue cependant également sous l'effet de l'expérience individuelle. En effet, une caractéristique du fonctionnement cérébral est sa capacité à se remanier au cours de la vie ; c'est ce qu'on appelle la plasticité cérébrale. L apprentissage et la mémorisation reposent également sur la plasticité du cerveau. L apprentissage implique une sollicitation répétée de circuits de neurones, ce qui modifie les connexions entre ces neurones
4) L intervention des substances chimiques Entre la rétine et le cortex visuel, et au sein des différentes aires corticales, le message nerveux est transmis par des neurones interconnectés. On appelle synapse la zone de connexion entre deux neurones. Le message nerveux qui circule le long d'un neurone est de nature électrique, mais entre deux neurones, au niveau d'une synapse, le message nerveux est transmis par l'intermédiaire d'une substance chimique appelée neurotransmetteur. La transmission synaptique nécessite que les molécules de neurotransmetteurs se fixent sur des récepteurs spécifiques. Certaines substances chimiques (comme le LSD), en interférant avec la transmission synaptique du message nerveux (par exemple en se fixant sur les récepteurs à la place des neurotransmetteurs) perturbent le fonctionnement des aires cérébrales associées à la vision et provoquent des hallucinations qui peuvent dériver vers des perturbations cérébrales graves et définitives. D autres substances altèrent la perception sensorielle : l alcool rétrécit le champ visuel et modifie d appréciation des distances. La consommation du cannabis se traduit par une perception exacerbée des sons et perturbe la vision.