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Photorécepteurs et voies visuelles

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Objectifs
Les images se forment sur la rétine. Comment la rétine transmet-elle cette image ?
Quelles sont les autres éléments impliqués dans la perception visuelle ?
1. La rétine : le film photographique de l'oeil
a. Organisation générale
La rétine est un tissu complexe constitué de différents types de cellules nerveuses organisés en couches. Certaines sont capables de convertir les signaux lumineux en signaux électriques : ce sont les cellules photoréceptrices, situées sur la face externe de la rétine.
Les cellules bipolaires transmettent ensuite ces signaux aux cellules ganglionnaires.

La lumière doit traverser ces deux couches cellulaires avant d’atteindre celle des photorécepteurs.


Doc. 1 : Schéma de l'organisation cellulaire de la rétine

Les prolongements (appelé axones) des cellules ganglionnaires se regroupent en un point de la rétine appelé tâche aveugle (car sans photorécepteurs) afin de former les fibres du nerf optique.
b. Deux types de photorécepteurs
Les cellules photoréceptrices sont des neurones courts qui possèdent un segment externe, de forme cylindrique pour les bâtonnets et conique pour les cônes.

Les bâtonnets sont les plus sensibles à la lumière, environ cent fois plus que les cônes. Ils ne fonctionnent que lorsque l'éclairage est faible : une lumière trop forte les sature.
Ils sont majoritairement situés dans la zone périphérique de la rétine et sont responsables de la vision périphérique (objet éloigné de l’axe optique) et de la perception des contrastes.
Ils permettent uniquement une vision en nuances de gris. Ils ne transmettent cependant aucune image précise ; ils possèdent en effet un faible pouvoir séparateur.

Les cônes sont beaucoup moins sensibles à la lumière ; ils ne fonctionnent que lorsque la luminosité est très importante, alors seuls les cônes sont activés (les bâtonnets étant saturés par la lumière).
À l'inverse des bâtonnets, les cônes situés dans la fovea (petite zone de la macula de la rétine dans l’axe optique) assurent une vision centrale détaillée et la perception de la couleur. Leur résolution est cent fois plus grande que celle des bâtonnets.
2. Les pigments rétiniens
Le segment externe des photorécepteurs contient des pigments photosensibles.
Lorsque ces pigments absorbent la lumière, celle-ci modifie les propriétés électriques des photorécepteurs, donnant naissance à un message nerveux.

• les bâtonnets contiennent de la rhodopsine
• les cônes contiennent, en proportion variable, trois variétés d’opsine, ce qui les rend plus ou moins sensibles à des longueurs d’onde différentes. Selon leur sensibilité, on distingue respectivement les cônes « bleus », « verts » et « rouges ».

L’homme est donc trichromate : il possède les trois types de pigments rétiniens au niveau des cônes.
Si l’un (ou plusieurs) de ces pigments est manquant, suite à l’absence d’un gène ou à une mutation, la perception des couleurs est affectée : c’est le daltonisme.

Tableau résumant les différences entre cellules photoréceptrices :
  Bâtonnet Cône
Situation À la périphérie de la rétine Dans la macula
Sensibilité à la lumière Sensible : vision de nuit Peu sensible
Couleur Vision en niveaux de gris Sensible aux couleurs
Résolution Vision périphérique peu détaillée Vision centrale détaillée
Pigment photosensible Rhodopsine 3 types d’opsine (bleu, vert, rouge)

3. Phylogénie et pigments rétiniens
La majorité des mammifères et des singes d’Amérique sont le plus souvent dichromates.
Comme l’homme, certains primates d’Afrique, d’Asie et d’Europe sont trichromates.

D’autre part, tous les primates possèdent le gène codant l’opsine « bleue ». La comparaison, parmi différentes espèces, des séquences de gènes codant cette molécule montre également que les singes d’Afrique, d’Asie et d’Europe sont beaucoup plus proches de l’homme que les singes d’Amérique.


4. Les voies visuelles
Les messages nerveux issus des deux yeux sont acheminés vers le cerveau par les nerfs optiques. Ces nerfs se croisent partiellement, formant le chiasma optique. (figure ci-dessous)

La moitié des fibres nerveuses provenant de la rétine arrivent alors dans l’hémisphère cérébral opposé. Parallèlement, chaque hémisphère reçoit aussi des informations émanant de l’œil situé du même côté. Par conséquent, chaque hémisphère reçoit deux informations issues de la même partie du champ visuel.

L'essentiel
Les cellules photoréceptrices de la rétine transforment les signaux lumineux qu’elles reçoivent en signaux électriques grâce aux différents pigments qu’elles contiennent.
Deux types de photorécepteurs bien différents se partagent cette tâche. D'un côté les bâtonnets qui permettent de voir en nuances de gris dans des conditions de faible luminosité, et de l'autre, les cônes, qui sont sensibles à la couleur dans des conditions de forte luminosité.
Les nerfs optiques acheminent ensuite les messages nerveux au cerveau au niveau du cortex visuel.
L’étude comparée des pigments rétiniens permet de placer l’homme parmi les primates.

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