La chimie de la vision et ses perturbations


PLAN DU COURS du chapitre 3

 

I - La transmission du message nerveux visuel

II - Aires visuelles et perception visuelle

III - Aires cérébrales et plasticité

IV - Des substances qui perturbent la vision

 


I - La transmission du message nerveux visuel

 

Une stimulation suffisante, c'est-à-dire une lumière suffisante permet d’enregistrer un message nerveux le long des fibres du nerf optique à l'aide d'électrodes : le message nerveux se déplace le long des fibres nerveuses et il est constitué de signaux électriques Ce n’est donc pas une image envoyée au cerveau, mais des signaux électriques.

Les schémas et photos ci-dessous permettent de décrire le trajet du message nerveux visuel :

DIfférents niveau d'étude du trajet du message nerveux. Source : ?
DIfférents niveau d'étude du trajet du message nerveux. Source : ?

On observe que les fibres nerveuses sont constituées de neurones reliés les uns aux autres au niveau des synapses. Il s'agit de zone d'accolement (sans contact direct) entre 2 neurones entre lesquels un petit espace est créé appelé la fente synaptique.

 

Au niveau de cette fente synaptique des messagers chimiques appelés neurotransmetteurs sont libérés par le neurone pré-synaptique (neurone A ici) et capté par des récepteurs présents sur le neurone post-synaptique (neurone B ici). Voir l'animation ci-dessous en cliquant sur l'image pour comprendre le fonctionnement d'une synapse et la transmission du message nerveux :

 

lien vers une animation sur le fonctionnement d'une synapse chimique/ Source: LesSVT.com
lien vers une animation sur le fonctionnement d'une synapse chimique/ Source: LesSVT.com
Transmission du message nerveux. Source : http://tpe-bras-bionique-groupe-11.e-monsite.com
Transmission du message nerveux. Source : http://tpe-bras-bionique-groupe-11.e-monsite.com

Le neurone émetteur (= présynaptique) crée un signal électrique (= influx nerveux) qui se déplace dans l'axone jusqu'à la fente synaptique. A ce niveau le messager électrique laisse la place à un messager chimique: le neurotransmetteur qui est libéré (= exocytose) dans la fente synaptique.

 

Ce messager se lie aux récepteurs présents à la surface du neurone post-synaptique ce qui déclenche la création d'un potentiel d'action, c'est-à-dire la création d'un nouveau messager électrique qui poursuit son chemin dans l'axone du neurone.

 

Entre chaque neurone le message nerveux visuel est transmis ainsi jusqu'aux aires visuelles.

 

Etapes de la transmission du message nerveux. Source : Hachette SVT 1èreES/L.
Etapes de la transmission du message nerveux. Source : Hachette SVT 1èreES/L.

 

BILAN : la synapse correspond à la jonction entre 2 neurones. L'arrivée du message nerveux (de nature électrique) déclenche la libération de vésicules contenant des neurotransmetteurs (de nature chimique). Ces messagers chimiques sont libérés  par le neurone pré-synaptique dans la fente synaptique et ils se lient aux récepteurs présents à la surface du neurone post-synaptique.

 

Il se forme un complexe récepteur-neurotransmetteur qui entraine la création d'un message nerveux de nature électrique dans le neurone post-synaptique.

 

II - Aires visuelles et perception visuelle

 

L'étude de cas cliniques (personnes souffrant d'alexie pure par exemple) permettent de comprendre le rôle des différentes aires cérébrales dans la vision. L’alexie pure correspond à l'incapacité à reconnaitre les mots écrits alors que la personne souffrante reconnait les objets, visages, formes...

 

Le document ci-dessous montre que la destruction d'une petite zone du cerveau (pour soigner d'autres symptômes)  déclenche une alexie pure. La personne ne reconnait plus les mots ce qui implique que la zone détruite était impliquée dans la reconnaissance des mots (zone rouge).

La vision met donc en jeu plusieurs aires cérébrales spécialisées qui coopèrent entre elles (et qui sont reliées par des fibres nerveuses). Le cortex visuel primaire, situé dans la partie occipitale du cerveau, apparait structuré comme une «carte» du champ de vision : à chaque secteur du champ de vision correspond un territoire du cortex visuel. Cette partie du cerveau constitue donc le point d’arrivée des messages nerveux provenant des 2 yeux.

 

la lecture nécessite la collaboration de différentes aires cérébrales. Lorsque l'on compare l'activité de l'encéphale de 2 personnes (un lecteur normal et un lecteur
la lecture nécessite la collaboration de différentes aires cérébrales. Lorsque l'on compare l'activité de l'encéphale de 2 personnes (un lecteur normal et un lecteur

Les messages nerveux provenant de la rétine aboutissent à l’arrière du cerveau dans la zone occipitale de chaque hémisphère. Ces régions forment le cortex visuel primaire (V1) qui correspond au point d’entrée des messages visuels dans le cortex.

 

Le cortex visuel gauche accueille le nerf optique droit, et inversement (voir chapitre précédent).

 

Une animation pour observer la position des différentes aires cérébrales : LIEN.

 

Le cortex visuel primaire est en étroite relation avec d'autres aires cérébrales spécialisées dans la reconnaissance des couleurs, des mouvements et des formes. L'ensemble des analyses et interprétations de ces aires visuelles permet d'élaborer la perception visuelle définitive :

 

 

Les différentes aires visuelles (V1...) et l'anatomie simplifiée de l'encéphale humain. Source : http://raymond.rodriguez1.free.fr
Les différentes aires visuelles (V1...) et l'anatomie simplifiée de l'encéphale humain. Source : http://raymond.rodriguez1.free.fr

Le cortex visuel primaire distribue et échange des informations avec plusieurs autres aires impliquées dans la vision (V2 à V5). Ces aires du cortex sont spécialisées et traitent séparément mais en parallèle, les différentes composantes de l’image (couleurs, formes, mouvements...) et font émerger des sensations visuelles.

 

A partir des informations perçues par ces différentes aires, le  cerveau élabore à chaque instant une perception visuelle; Source : M.Clerc.
A partir des informations perçues par ces différentes aires, le cerveau élabore à chaque instant une perception visuelle; Source : M.Clerc.

Globalement, les aires spécialisées du cortex visuel sont organisées en deux grands ensembles :

 

- l'ensemble du « » pour la localisation et le mouvement des objets,

- l'ensemble du « Quoi » pour l'identification des objets (couleur, forme...)

 

Les informations reçues par les différentes aires visuelles sont échangées et mises en commun pour former une perception visuelle : c’est l’intégration des informations en une vision globale unifiée. La perception visuelle repose sur une interprétation mentale des sensations visuelles créées dans les différentes aires du cortex visuel.

Trajet du message nerveux et son intégration lors du traitement de l'information par le cerveau. Source : http://raymond.rodriguez1.free.fr
Trajet du message nerveux et son intégration lors du traitement de l'information par le cerveau. Source : http://raymond.rodriguez1.free.fr
Les différentes étapes de la transmission du message nerveux sensoriel. Source: http://mon.univ-montp2.fr/claroline
Les différentes étapes de la transmission du message nerveux sensoriel. Source: http://mon.univ-montp2.fr/claroline

 

Pour résumer ce qu'il faut savoir sur les aires visuelles :

 

III - Aires cérébrales et plasticité

 

Les apprentissages et les expériences acquis sont à l’origine d’une organisation des neurones du cortex qui est variable d’un individu à l’autre. La perception visuelle de chacun est donc influencée par sa mémoire, son vécu et son expérience : aucun cerveau ne voit le monde de la même façon.

 

La plasticité est la capacité du cerveau de mobiliser des groupes de neurones pour en faire des aires spécialisées dans une ou plusieurs fonctions précises (ex: l'aire du langage).

 

L'attribution de ces fonctions se fait au cours de l'apprentissage (souvent durant la petite enfance). Quand la fonction n'est pas encore maîtrisée, la tâche n'est pas effectuée par une zone précise du cerveau.

 

La lecture nécessite la reconnaissance visuelle de signes écrits mais elle met aussi en jeu la mémoire et des aires cérébrales liées au langage. Elle résulte d’un apprentissage qui repose sur la plasticité cérébrale, c’est-à-dire la capacité qu’a le cerveau de remodeler son fonctionnement en modifiant les connexions entre neurones.

 

Schématisation de la plasticité cérébrale : la création de nouvelles connexions (synapses) entre les neurones modifie le fonctionnement du cerveau. Source: http://conceptcours.fr
Schématisation de la plasticité cérébrale : la création de nouvelles connexions (synapses) entre les neurones modifie le fonctionnement du cerveau. Source: http://conceptcours.fr

Des études menées chez les non-voyants montrent par exemple que le cortex visuel peut être reconverti à d’autres fins que la vision (les aveugles par exemple possèdent un sens du toucher bien plus développé que chez les voyants).

 

BILAN : la structure adulte du cerveau résulte donc à la fois de l’information génétique, qui permet la mise en place des différentes structures nerveuses au cours du développement in-utéro et durant la petite enfance, mais aussi d’une maturation autonome et fonctionnelle, qui dépend de l’expérience visuelle, de l’apprentissage, de l’éducation de chacun au cours de sa vie.

 

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

 

Schéma-bilan général. Source: http://marc.hallonet.free.fr/vision/
Schéma-bilan général. Source: http://marc.hallonet.free.fr/vision/

IV - Des substances qui perturbent la vision

 

L'animation suivant décrit les effets de différentes drogues sur la vision, à voir : lien.

 

De la rétine au cortex visuel, les voies nerveuses de la vision sont constituées de nombreux neurones qui forment entre eux des synapses chimiques.

Certaines drogues comme le LSD possèdent une structure proche de certains neurotransmetteurs comme la sérotonine et le glutamate présents dans le cortex visuel.

 

Par exemple (voir schéma ci-dessous), de part sa forme, le LSD peut se fixer aux récepteurs de la sérotonine ce qui accroît la production d'autres neurotransmetteurs (comme le glutamate) et entraine une activité très importante des neurones ce qui cause les effets hallucinatoires de ces drogues.

Structure similaire de la sérotonine et du LSD permettant à cette drogue de se lier au récepteurs à la sérotonine sur les neurones du cortex visuel et entrainent les hallucinations. Source: schémas SVT.
Structure similaire de la sérotonine et du LSD permettant à cette drogue de se lier au récepteurs à la sérotonine sur les neurones du cortex visuel et entrainent les hallucinations. Source: schémas SVT.
Mode d'action du LSD. Source : Hachette SVT, 1ère ES/L p76.
Mode d'action du LSD. Source : Hachette SVT, 1ère ES/L p76.

 

 

BILAN : 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.

 

Schéma-bilan du cours sur la vision. Source: Hachette SVT 1ère ES/L.
Schéma-bilan du cours sur la vision. Source: Hachette SVT 1ère ES/L.

 

Ci-dessous des exemples d'illusions d'optique célèbres issues l'interprétation erronée qu'en fait le cerveau. Ces "erreurs" d'interprétation sont des illusions d'optique, qui ne sont pas perçues de la même façon par chacun d'entre nous...

 

La construction mentale, à partir des messages nerveux reçus, parfois erronés entraine le cerveau à mettre du sens partout, même là où il n'y en a pas. Alors, il en fait trop, amplifie les contrastes et crée des contours, des couleurs, des perspectives, des mouvements, en fonction de ce qu'il connaît.

Exemples d'illusions d'optique
Exemples d'illusions d'optique

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