Thème 3 – C || De l’œil au cerveau : quelques aspects de la vision :: Plan d’étude du thème

1.Le cristallin : une lentille vivante

  • Activité 1 – Localisation du cristallin dans l’organisation de l’oeil

  • Activité 2 – Caractéristiques des cellules du cristallin

  • Activité 3 – Origine de la presbytie et de la cataracte

Compétences attendues :

  • Recenser, extraire et organiser des informations et/ou manipuler (dissection, maquette et/ou recherche documentaire) pour :

    • localiser et comprendre l’organisation et le fonctionnement du cristallin ;

    • comprendre certains défauts de vision.

2.Les photorécepteurs : un produit de l’évolution

  • Activité 4 – Organisation de la rétine : les trois couches de cellule

  • Activité 5 – Rôle des photorécepteurs

  • Activité 6 – Distribution des photorécepteurs sur la rétine

  • Activité 7 – Vision crépusculaire et vision diurne – Cônes et perception des couleurs

  • Activité 8 – Gènes et opsines L, M et S – Vision dichromatique et vision trichromatique

  • Activité 9 – Organisation des voies visuelles

Compétences attendues :

  • Extraire et exploiter des informations (maquette, logiciel et/ou recherche documentaire et/ou observations microscopiques) pour :

    • comprendre l’organisation de la rétine ;

    • déterminer le rôle des photorécepteurs ;

    • comprendre l’organisation des voies visuelles ;

    • faire le lien entre la vision des couleurs et l’évolution

3.Cerveau et vision : aires cérébrales et plasticité

  • Activité 10 –

  • Activité 11 –

  • Activité 12 –

Compétences attendues :

  • 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.

Le cristallin : une lentille vivante :: Plan d’étude du sujet et activités

Questionnement
  • Qu’est-ce que le cristallin ? Où est-il situé dans l’œil ?
  • Quelles sont ses propriétés physiques : optiques ? mécaniques ? Quelle est sa fonction ? Qu’est-ce que l’accommodation ?
  • Quelles sont ses propriétés biologiques : de quoi et de quelle façon est-il constitué ? Qu’est-ce que la presbytie ? La cataracte ?
Activités
  • Activité 1 – Repérer le cristallin dans l’anatomie de l’œil
    • Mettre en légende le cristallin sur un schéma de l’œil
      [fichier pdfCorrigé] – Autre ressource
    • Observation au M.O. d’une coupe d’un œil (Rat, Cobaye) : localiser le cristallin, la cornée, la conjonctive, l’iris. Se guider à partir du document 5 page 293 du livre.
  • Activité 2 – Identifier les caractéristiques optiques et mécaniques du cristallin, son rôle et définir l’accommodation.
  • Activité 3 – Identifier les caractéristiques et le contenu intracellulaire des cellules du cristallin.

  • Origine de la presbytie [animation]
  • La cataracte

 

Bilans
  • Le cristallin est l’un des systèmes transparents de l’œil humain. Il est formé de cellules vivantes qui renouvellent en permanence leur contenu. Les modalités de ce renouvellement sont indispensables à sa transparence.
  • Des anomalies de forme du cristallin expliquent certains défauts de vision. Avec l’âge sa transparence et sa souplesse peuvent être altérées.
Documents complémentaires

Articles de presse

Animations

Vidéos


La cataracte par fr-evrs



Chirurgie de la Cataracte par marie_vincelot_orange_fr


La cataracte : C la Santé


C’est pas sorcier – Réparer l’oeil, un défi pour demain


L’œil et la vision : La structure de l’œil

http://planet-vie.ens.fr/content/oeil-structure-origine-proprietes-physiques

A – Des photorécepteurs au cortex visuel

Plan du cours

1 – La vision du monde dépend des propriétés des photorécepteurs de la rétine

  • situation de la rétine dans l’œil
  • organisation de la rétine
  • organisation et activité d’un photorécepteur

2 – La perception visuelle repose sur une propagation de messages nerveux

  • organisation des voies visuelles
Document et activités du cours

Anatomie de l’œil humain (Fiche d’exercice :: format pdf)

Organisation de la rétine

Source : http://www.cnrs.fr/

Source : http://www.med.univ-montp1.fr


Organisation et activité d’un photorécepteur

Source : http://raymond.rodriguez1.free.fr


 

  • Vision nocturne et diurne

  • Tous les photorécepteurs possèdent un pigment visuel qui absorbe certaines radiations du spectre et c’est cette absorption de photons qui est à l’origine du message nerveux qu’ils émettent. (source : http://acces.ens-lyon.fr/)

  • Gène codant pour l’opsine “sensible au rouge” en rouge, “sensible au vert” en vert, “sensible au bleu” en bleu, et pour le rhodopsine en gris.

Source : http://raymond.rodriguez1.free.fr/


Source : http://raymond.rodriguez1.free.fr/


Organisation des voies visuelles

Bilans

1 – La vision du monde dépend des propriétés des photorécepteurs de la rétine

Chaque globe oculaire est constitué de trois membranes emboîtées :

– La sclérotique, enveloppe la plus externe, est blanche et résistante. Vers l’avant, elle devient parfaitement transparente et son rayon de courbure est plus petit (elle est plus «bombée ») : c’est la cornée.

– La choroïde, de couleur noire, tapisse intérieurement la sclérotique, sauf au niveau de la cornée. Vers l’avant, elle donne naissance à l’iris, coloré, qui délimite une ouverture, la pupille, dont le diamètre peut varier.

– La rétine est la membrane la plus interne de l’oeil: il s’agit d’un tissu nerveux très mince accolé contre la choroïde et dont le prolongement forme le nerf optique.

L’intérieur du globe oculaire est occupé par un ensemble de milieux transparents :

– le cristallin, situé en arrière de la pupille et de forme biconvexe ;
– des substances gélatineuses auxquelles on donne le nom d’humeurs : humeur
aqueuse en avant du cristallin, humeur vitrée entre le cristallin et la rétine.

L’ensemble des milieux transparents de l’œil permet, à la manière d’une lentille convergente, la formation d’une image optique au fond de l’œil dans le plan de la rétine.

L’image optique qui se forme sur la rétine est plus petite que l’objet observé et elle est inversée verticalement et horizontalement.

La rétine comporte deux types de cellules nerveuses photoréceptrices très particulières, les cônes et les bâtonnets qui sont juxtaposées à la manière d’une mosaïque.

Ce sont des neurones très courts qui possèdent un segment externe, de forme cylindrique pour les bâtonnets, conique pour les cônes. Ce segment externe renferme de très nombreuses molécules de pigments photosensibles. Tous les bâtonnets possèdent un même pigment : la rhodopsine. Les cônes possèdent une opsine : selon la nature de cette molécule chaque cône absorbe dans une plage de longueur d’ondes bien définies. On distingue donc des cônes L, M et S. A chacune de ces plages est associée une “couleur”, respectivement “Rouge”, “Vert” et “Bleu”.

L’absorption de photons par ces pigments modifie les propriétés électriques du cône ou du bâtonnet et donne naissance à un message nerveux.

La répartition des cônes et des bâtonnets à la surface de la rétine présente de très importantes variations.

Dans la fovéa (ou tache jaune, ou encore macula), petite dépression
centrale de la rétine, il n’y a que des cônes et leur densité y est maximale. C’est dans
cette zone que l’acuité visuelle et la vision des couleurs sont optimales.

Quand on s’éloigne de la fovéa, il y a de moins en moins de cônes et de plus en plus de bâtonnets. Les objets situés à la périphérie du champ visuel sont donc perçus avec
une faible acuité et une mauvaise vision des couleurs mais leur détection est possible même si leur luminance est faible.

Pour bien voir, l’homme recherche un bon éclairement et bouge sans arrêt les yeux de façon à diriger les fovéas des deux yeux vers les objets regardés (cas de la lecture par exemple).

Pour chaque oeil il existe une «tache aveugle». Cette petite partie du champ visuel qui n’est pas perçue correspond à la papille, zone de convergence de toutes les fibres du nerf
optique et dépourvue de photorécepteurs.

Dans les conditions de très faible éclairement, l’acuité est faible et l’on ne distingue pas les couleurs: tout paraît flou et grisâtre. Cette perception, due aux seuls bâtonnets, est
la vision scotopique.
Pour des éclairements plus importants (éclairage intérieur, lumière du soleil), les bâtonnets sont saturés: ils ne présentent plus de variations de leur activité électrique et ne contribuent donc plus à la vision. Seul le système des cônes est alors actif, l’acuité visuelle est optimale, la vision des couleurs est bonne:c’est la vision photopique. Le passage d’une condition d’éclairement à une autre nécessite un temps d’adaptation.

Les éclairements très importants (lumière solaire directement focalisée sur la rétine par exemple) sont dangereux car ils peuvent provoquer des lésions irréversibles des photorécepteurs et donc une cécité.

La vision des couleurs résulte de l’existence de trois « populations » de cônes sensibles à différentes longueur d’ondes lumineuses. Certains cônes sont plus sensibles au “bleu”, d’autres au “vert” et les troisièmes au “rouge”. Notre sensibilité visuelle est dite trichromatique. C’est elle qui rend l’œil humain sensible à des milliers de nuances.

Le daltonisme est une des anomalies de la vision des couleurs : d’origine génétique, elle touche plus les hommes que les femmes (2 % des hommes contre 0,03 % des femmes). Chez ces personnes, l’une des « populations » de cônes (sensible au “roug”e ou au “vert” le plus souvent) est absente : ainsi, les sensations colorées produites à partir des informations de deux populations de cônes seulement sont différentes de celles des sujets ayant une vision trichromatique.

2 – La perception visuelle repose sur une propagation de messages nerveux

Les cellules photoréceptrices, cônes ou bâtonnets, sont connectées par l’intermédiaire d’une couche médiane de neurones aux neurones de la couche la plus interne de la rétine. Ce sont les prolongements ou fibres nerveuses (axones) de ces derniers neurones qui se regroupent à la manière d’un câble au niveau du point aveugle pour former les fibres du nerf optique : 1million de fibres nerveuses quittent ainsi la rétine.

Documents complémentaires

 

I – Représentation visuelle



Plan d’étude du sujet

1 – De l’œil au cerveau

A – Des photorécepteurs au cortex visuel

La vision du monde dépend des propriétés des photorécepteurs de la rétine.

L’étude comparée des pigments rétiniens permet de placer l’Homme parmi les Primates.

Le message nerveux visuel emprunte des voies nerveuses jusqu’au cortex visuel.

Déterminer les rôles des photorécepteurs et de l’organisation anatomique des voies visuelles dans la perception d’une image.

Relier :

  • certaines maladies et certaines anomalies génétiques à des déficiences visuelles ;
  • certaines caractéristiques de la vision à certaines propriétés et à la répartition des photorécepteurs de la rétine.

Justifier la place de l’Homme au sein des Primates à partir de la comparaison des opsines ou des gènes les codant.

B – Aires visuelles et perception visuelle

L’imagerie fonctionnelle du cerveau permet d’identifier et d’observer des aires spécialisées dans la reconnaissance des couleurs, ou des formes, ou du mouvement.

Expliquer à partir de résultats d’exploration fonctionnelle du cerveau ou d’étude de cas cliniques, la notion de spécialisation fonctionnelle des aires visuelles.

C – Aires cérébrales et plasticité

La reconnaissance d’un mot écrit nécessite une collaboration entre aires visuelles, mémoire et des structures liées au langage.

Établir les relations entre coopération des aires cérébrales, plasticité des connexions et activité de lecture.

 

2 – La chimie de la perception

A – La transmission synaptique

La perception repose sur la transmission de messages nerveux, de nature électrique, entre neurones, au niveau de synapses, par l’intermédiaire de substances chimiques : les neurotransmetteurs.

Mettre en évidence la nature chimique de la transmission du message nerveux entre deux neurones par la mise en relation de documents, dont des électronographies.

B – Les perturbations chimiques de la perception

Certaines substances hallucinogènes perturbent la perception visuelle. Leur action est due à la similitude de leur structure moléculaire avec celle de certains neurotransmetteurs du cerveau auxquels elles se substituent.

Leur consommation entraîne des troubles du fonctionnement général de l’organisme, une forte accoutumance ainsi que des « flash-back » imprévisibles.

Expliquer le mode d’action de substances hallucinogènes (ex. : LSD ou « acide ») par la similitude de leur structure moléculaire avec celle de certains neurotransmetteurs du cerveau auxquels elles se substituent.

Expliquer l’action d’une drogue dans la perturbation de la communication nerveuse qu’elle induit et les dangers de sa consommation tant d’un point de vue individuel que sociétal


 

Documents complémentaires