Activité – Origine des pigments rétiniens. Montrer que les gènes qui codent pour les opsines L, M et S et la rhodopsine constituent une famille multigénique. [GenieGen – Phylogene].
Activité – Origine du daltonisme. Etude d’un cas clinique d’achromatisme.
3 – Place de la rétine dans la perception visuelle
Activité – Activité des cellules photoréceptrices. Élaboration d’un message nerveux.
Mots clés : potentiel de repos – Potentiel d’action – Message nerveux
BILAN : page 301 du livre
C. Cerveau et vision : aires cérébrales et plasticité
A partir de l’animation qui suit, identifier les zones spécialisées dans la reconnaissances des couleurs, des formes et des mouvements.
BILAN
Plusieurs aires corticales participent à la vision.
Tous les messages issus de la rétine arrivent au niveau du cortex de la partie postérieurs des hémisphères cérébraux, ou lobes occipitaux. Cette zone corticale correspond à l’aire visuelle primaire (V1).
Toute lésion localisée dans cette région entraine un trouble de la vision : dans une partie plus ou moins étendue du champ visuel on ne voit rien.
L’étude méthodiques de ces scotomes et l’exploration du cerveau par IRMf (technique d’imagerie médicale) révèle une cartographie du champ visuel au niveau du cortex occipital.
Mais l’activité du cortex visuel primaire ne permet pas à elle seule l’élaboration d’une perception visuelle.
L’IRMf permet de localiser à proximité de ce cortex visuel primaire d’autres aires corticales (V2, V3, V4 et V5) dont l’activité varie selon les caractéristiques de l’objet observé.
Les messages nerveux qui arrivent au niveau de l’aire V1 se propagent vers chacune de ces aires spécialisées dans la reconnaissance des formes, des couleurs, des mouvements.
Une perception visuelle résulte de l’activité intégrée de ces différentes aires visuelles.
3. Des perturbations de la perception visuelle
Activité (travail personnel)
Sujet :
Corrigé :
Rechercher l’organisation du tissu nerveux : neurone, fibres nerveuses, denditre, axone, bouton synaptique.
Rechercher l’organisation d’une synapse. Qu’est-ce qu’un neurotransmetteur ? Qu’est-ce qu’un récepteur post-synaptique ? Schématiser la transmission synaptique d’un message nerveux.
– Lire le Bilan –
Activité
Sujet :
Corrigé :
Pratiquer un raisonnement scientifique – Exploiter des documents et mobiliser ses connaissances.
La sérotonine est le neurotransmetteur qui permet la transmission des messages nerveux visuels au niveau de la zone de “relai synaptique”.
A partir de vos connaissances d’une part et d’informations tirées des documents 2 et 3 page 312 de votre livre, expliquez les hallucinations visuelles engendrées par la prise de psilocine.
D’après le document 2, on constate qu’une molécule de sérotonine et une molécule de psilocine présente des analogies structurales. On remarque en effet la présence d’un “noyau” constitué d’un cycle hexagonal carboné et d’un cycle pentagonal carboné et azoté (croquis possible). Par ailleurs d’après le document 3, d’après une IRMf on constate que les aires cérébrales au niveau desquelles les neurones post-synaptiques possèdent des récepteurs à la sérotonine, s’activent fortement après consommation de psilocine. Ces aires qui avant prise de psilocine apparaissaient en vert et rouge – ce qui signifie respectivement “activité faible et modérée” – passent après prise de psilocine au rouge et jaune – ce qui signifie respectivement “activité modérée et forte”.
Or nous savons que la transmission synaptique…
Donc nous en concluons queles hallucinations visuelles engendrées par la prise de psilocine proviennent de…
BILAN
La transmission d’un message nerveux d’un neurone à un autre se fait au niveau d’une synapse.
L’arrivée du message nerveux provoque la libération dans la « fente synaptique » d’un neurotransmetteur particulier contenu dans des vésicules situées au niveau des boutons synaptiques du neurone pré-synaptique .
Ce neurotransmetteur se propage à travers la fente synaptique.
Il vient se fixer sur des récepteurs membranaires spécifiques du neurone post-synaptique.
Cette fixation déclenche la formation d’un message nerveux qui se propage le long des fibres nerveuses du neurone post-synaptique.
Les molécules de neurotransmetteur se séparent des molécules réceptrices.
Les molécules de neurotransmetteur sont dégradées ou absorbées par le neurone pré-synaptique.
Neurotransmetteur = neuromédiateur : molécule synthétisée par un neurone ou une cellule « récepteur sensoriel » et dont la libération assure la transmission d’un message nerveux vers :
une autre cellule nerveuse (synapse inter neuronale),
une cellule musculaire (synapse neuro-musculaire),
une cellule d’une glande (synapse neuro-glandulaire).
Récepteur membranaire : molécule insérée (enchâssée) dans la membrane d’une cellule (ex : neurone, cellule musculaire, cellule d’une glande…) sur laquelle vient se fixer de manière spécifique une molécule : hormone, neurotransmetteur…. Cette fixation modifie l’activité métabolique de la « cellule-cible ».
Synapse = jonction synaptique : structure inter-cellulaire et fonctionnelle asymétrique comportant : un bouton pré synaptique comportant des vésicules remplies d’un neuromédiateur, une fente synaptique et une membrane plasmique post-synaptique comportant des molécules réceptrices spécifiques du neuromédiateur.
Une molécule du LSD ou une molécule de psilocine présente d’importantes similitudes structurales avec une molécule de sérotonine.
Après son absorption et sa diffusion dans l’organisme par voie sanguine jusqu’au niveau du tissu nerveux, le LSD va ainsi perturber les transmissions synaptiques s’effectuant naturellement par l’intermédiaire de la sérotonine.
Ce qui est le cas de transmission des messages nerveux issus de la rétine vers les aires visuelles au niveau de la « zone de relai synaptique ».
Cette perturbation est à l’origine d’hallucinations visuelles éprouvées à la suite de la consommation de cette drogue.
4. Plasticité cérébrale et apprentissage.
Activité
A partir de l’exploitation pertinente du cas clinique proposé en comparaison aux sujets témoins, ainsi que des clichés d’IRM, mettre en évidence :
l’existence d’une aire visuelle de reconnaissance des mots,
ainsi qu’un phénomène de plasticité cérébrale consécutivement à un AVC
L’IRMf met en évidence l’existence d’une aire corticale spécialisée dans la reconnaissance des objets et des visages chez tous les primates.
Ceci suggère l’idée que cette région corticale est une structure innée, issue de l’évolution.
Cette même zone intervient également dans la reconnaissance des mots chez les êtres humains.
Ceci suggère l’idée que cette région corticale se développe lors de l’apprentissage de la lecture. Ce développement suggère l’existence d’une plasticité cérébrale.
L’apprentissage repose sur la plasticité cérébrale. Il nécessite la sollicitation répétée des mêmes circuits neuroniques. Il se manifeste par une augmentation du nombre de corps cellulaires neuroniques d’une part et du nombre de jonctions synaptiques interneuroniques d’autre part (cf documents 2 et 3 page 316).
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.
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.
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.
Dictionnaire Encyclopédique Environnement
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