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L'Oeil et la Vision

Une bonne vue est un bien précieux dont vous tirerez le meilleur parti si vous connaissez son fonctionnement. 

Comment fonctionne votre oeil ?... Un peu comme une caméra vidéo:

A l'avant, un bloc optique (l'objectif: la CORNEE et le CRISTALLIN) collecte la lumière. Il en forme une image, au fond, sur la RETINE (le capteur). La rétine se compose de plusieurs types de photorécepteurs (des pixels) densément connectés sur le ligne de votre regard, la zone dédiée à la lecture. A ce stade, l'image est ... inversée et double ! Heureusement, votre système visuel est bien plus sophistiqué qu'une caméra. Les informations captées par chaque oeil sont convoyées par étapes jusqu'au cerveau qui les façonne et restitue une image unique, redressée, élargie, affinée et en 3D ! C'est votre cerveau qui voit. La preuve en cliquant ici: Stéréogrammes

 

La Rétine

La rétine recouvre 75% de la surface intra-oculaire. Elle est tapissée de cellules photoréceptrices réparties très précisément sur des zones distinctes:

  • La PAPILLE, zone aveugle d'environ 2mm de diamètre. 
  • La FOVEA, dépression ovale horizontale (1,5mm x 0,75mm), située au centre, en prolongement exact de la ligne du regard.
  • La rétine périphérique recouvre la surface restante.

La papille est une dépression ronde, point de sortie des 1,25 millions de fibres du nerf optique. Cette zone dépourvue de photorécepteurs s'étend sur un champ d'environ 4°, situé à 16° sur l'horizon, côté temporal. Cette lacune n'est pas perçue car le cerveau a appris à en faire abstraction en permanence.

 

TEST: Masquez votre oeil gauche. Fixez le point noir et rapprochez-vous progressivement de l'écran. A une certaine distance, la croix devient invisible (car son image se forme sur la papille).

La fovéa se compose d'une seule sorte de cellules photoréceptrices, les CONES (appelés ainsi à cause de la forme de leur segment externe). Dans cette zone, ils forment un réseau très dense dont les connexions sont unitaires, ce qui assure une grande acuité visuelle. Les cônes sont actifs en lumière du jour, permettent de discerner les détails des formes, les couleurs des objets, donc de lire, par exemple. Le champ fovéal mesure environ 2° d'angle. Au centre de la fovea, on distingue encore une zone plus performante, la fovéola, qui mesure 0,3mm de diamètre.

La rétine périphérique est dominée par les BATONNETS (à cause de la forme de leur segment externe). Au nombre de 120 millions environ, ils sont majoritaires sur les 6 millions de cônes. Au sein de ce tapis de bâtonnets, on retrouve des cônes disséminés. Comme le montrent les courbes ci-dessous, la population de bâtonnets est moins dense lorsqu'elle s'éloigne de la fovéa. Les connexions des bâtonnets sont plurielles (jusqu'à 1500 pour une cellule ganglionnaire); ce qui explique la brutale chute d'acuité à 1/10. Les bâtonnets sont actifs en faible lumière, n'identifient aucune couleur et sont sensibles aux mouvements des objets.    

 

TEST 

Etape 1: En maintenant votre regard fixé sur le point central du test, vous pouvez lire toutes les lettres.

Etape 2: En fixant le O placé en haut du test, vous ne lisez plus que le W, quelques grosses lettres, mais déjà moins bien le F du bas, et puis c'est à peu près tout. 

Sur la coupe ci-dessus la lumière vient de gauche. On voit que l'épaisseur (0,5mm) de la rétine est formée de plusieurs couches de cellules. A droite, les photorécepteurs. Au centre, les cellules intermédiaires (environ 1000 millions et de types différents) exécutent le gigantesque tri dans la myriade de signaux issus des photorécepteurs, puis les communiquent aux cellules ganglionnaires (environ 1,25 millions) dont les axones composent le nerf optique. Sur la fovéa, les connexions sont unitaires: 1 cône - 1 cellule bipolaire - 1 cellule ganglionnaire naine - 1 axone.

Curieusement, les photorécepteurs enfouissent leur tête dans le fond de la rétine, comme tournant le dos à la lumière, encastrés dans une membrane composée de cellules pigmentées, nourricières, isolantes et protectrices. Prenons l'exemple du bâtonnet. Son segment externe est un tube contenant environ 2 000 disques empilés. Chaque disque possède une membrane faite d'une double couche de molécules lipidiques (rhodopsine). Un seul photon suffit pour activer une réaction électrochimique au coeur d'une molécule de rhodopsine. Ce signal est amplifié plusieurs centaines de fois avant d'être transmis aux cellules intermédiaires.  

En 2002, une troisième sorte de photorécepteurs a été découverte: les cellules ganglionnaires (rétiniennes) à mélanopsine. Elles possèdent un maximum d'absorption à 480 nm (+ou- 20nm) qui correspond au bleu truquoise. Elles servent à contrôler de nombreuses fonctions biologiques non-visuelles (qualité du sommeil, humeur, lutte anti-stress, réflexe pupillaire, etc...)

Les Champs Récepteurs

Sur la rétine, des réseaux en nombre considérable se trament, très différents les uns des autres, en aval des photorécepteurs. Ce sont les champs récepteurs, maillages complexes de cellules intermédiaires (variées et 10 fois plus nombreuses). Les photorécepteurs sont ainsi regroupés en entités pouvant compter de quelques cônes jusqu'à 1500 bâtonnets. Certains peuvent être connectés à plusieurs champs, eux-mêmes indépendants ou associés. Certains circuits peuvent pêtre utilisés tantôt par les cônes, tantôt par les bâtonnets.

Tout ceci selon des critères pouvant être très sélectifs pour indentifier les couleurs, les luminances, les formes, les directions, les déplacements, etc... Certaines informations vont être affinées, d'autres triées, mises en moyennes, simplifiées. A la sortie par le nerf optique, le taux de compression atteint globalement 100 fois. Il ferait l'envie de tout informaticien ! Contrairement à tous les autres systèmes sensoriels (ouie, olfaction...), les informations issues des photorécepteurs sont organisées avant leur envoi au cerveau. Les neuro-biologistes considèrent la rétine comme une véritable partie antérieure cerveau.

C'est pourquoi chacun est invité à prendre grand soin de sa rétine, structure fragile et précieuse, à la faire surveiller périodiquement par l'ophtalmologiste.

    

TEST de la grille d'Herman: En fixant une intersection, vous y voyez un point blanc et vous percevez simultanément des points noirs dans les autres. Fixez en une autre, le phénomène suit votre regard. 

Explications ci-dessous.

Le Cortex Visuel

Le cortex visuel est un immense centre de tris, dont la rétine est le hall. Il traite les informations dans plusieurs voies à la fois: la reconnaissance des formes, des couleurs, des luminances, des mouvements, le repérage spatial, mais pas seulement... 

Les informations rétiniennes arrivent d'abord au CHIASMA OPTIQUE, sorte de gros aiguillage où, selon leur latéralité,

elles sont redirigées vers l'hémisphère droit ou gauche. Le lobe droit va traiter les informations issues des deux yeux mais qui ne concernent que la moitié gauche de votre champ de vision. Inversement pour l'autre lobe. Les influx nerveux arrivent d'abord au CORPS GENICULE LATERAL où elles sont recombinées selons les voies, puis au CORTEX STRIE (V1), dans la partie postérieure du cerveau où elles sont retravaillées et adressées aux AIRES VISUELLES SUPERIEURES (V2, V3 ...) puis aux autres zones du cortex (par exemple: reconnaisance d'un visage, remémorisation du nom, émotions, etc...). Ensuite, les informations effectuent plus ou moins de va-et-vient hiérarchiquement horizontaux ou/et verticaux qui les enrichissent tour à tour.

Vision et Luminance

Qui n'a pas visité une grotte, une cave, ou autre, au beau milieu d'une journée ensoleillée ? Le guide vous fait pénétrer dans les lieux et commence par vous parler durant une quinzaine de minutes sans rien vous montrer. C'est le temps nécessaire pour que vos yeux s'accoutument à la faible luminosité; pour que vos bâtonnets hyper saturés par la lumière du jour retrouvent leur fonction. 

Ce shéma explique ce que vos yeux peuvent voir selon la luminosité. L'échelle (de -6 à +8) quantifie la luminance (expérimée log cd/m2), c'est-à-dire que de 0 à 1 la luminosité augmente de 10 fois, de 0 à 2 de 100 fois, etc... donc entre -6 et +6 la luminance est multiplifiée mille milliards de fois !

La Vision des Couleurs

Chez les mammifères, seuls les primates possèdent une "bonne" vision des couleurs. On le sait grâce à l'analyse chimique des pigments des photorécepteurs. D'autres animaux (insectes et poissons notamment) possèdent aussi une vision élaborée des couleurs,  souvent différente de la notre. Certains papillons d'Amérique voient dans l'UV; ils retrouvent ainsi leurs partenaires nocturnes pour s'accoupler. D'où l'importance de bien voir les couleurs !

Depuis un siècle, nous savions qu'il existait trois sortes de cônes selon leur sensibilité maximum à une couleur (cône S au bleu 420nm, cône M au vert 534nm et cône L au rouge 564nm). Les scientifiques ont révélé en 2012 l'existence d'une quatrième sorte de cône sensible à la couleur orange. Ils seraient présents chez 10% des hommes et 50% des femmes. La molécule (l'opsine) du pigment vert ne se distingue de celle du pigment rouge que par 15 acides aminés différents, sur un total de 364 ! Grâce au chevauchement de trois courbes de sensiblité aux couleurs), les réponses des cônes forment des milliers de combinaisons que votre cerveau traduit en autant de nuances colorées qui forment une précieuse palette.

La théorie de la vision des couleurs se base sur deux principes associés, l'un additif (pour les lumières), l'autre soustractif (pour les pigments). Cette théorie est si déroutante que de grands noms se sont affrontés à son propos tout au long du XIXième siècle ! Nous ne détaillerons donc pas davantage. Pour en savoir plus, reportez-vous au chapitre sur les défauts de la vision.    

Les Micro Fluctuations Oculaires

L'oeil déplace sa ligne de regard plusieurs fois par secondes, quand il examine un objet, par exemple. Par ailleurs, il est animé de micro mouvement généralement imperceptibles, mais d'une utilité certaine:

  1. Le micro nystagmus est un infime tremblement du globe oculaire, perceptible dans certains contextes.
  2. Les micro fluctuations de l'accommodation.

Ces tout petits mouvements permanents maintiennent la perception visuelle. Quand vous fixez un objet sans bouger, ce n'est qu'une illusion, vos yeux vibrent ! 

Un Principe Ascendant-Descendant

Nous avons détaillé la vision en partant de l'oeil pour terminer dans les aires supérieures visuelles, principe ascendant. Le cerveau pilote aussi les yeux pour rechercher des informations, principe descendant étroitement lié au système cognitif. Le plus simple exemple réside dans l'illusion d'optique, mais pas seulement. La recherche visuelle est influencée par les connaissances acquises et par le but fixé au point d'éluder des éléments relativement importants de l'espace des objets. Cette vision où cohabitent ces deux principes (ascendant et descendant) concourt à un enrichissement de l'information ou parfois à un conflit intérieur. Exemple:"J'avais vu cela moins grand...ceci plus clair..." alors qu'en l'occurence, ni la mémoire, ni l'environnement ne sont en cause, mais simplement l'imaginaire, au sens premier d'imago (en latin, la représentation de). Les magiciens et autres illusionnistes sont passés maitres dans l'exploitation spectaculaire des failles potentielles du système visuel. Le cerveau conditionne la vision; si bien qu'un certain nombre d'objets nous échappent. Des tests simples le démontrent, alors que nous sommes très souvent convaincus du contraire.    

La vision,  fonction cérébrale ?

Au final, nous lisons avec notre cerveau. En voici la preuve avec ce test:

La Vision, simple affaire de Conscience ?

Si notre vision tient une place prépondérante pour nous faire prendre conscience du monde qui nous entoure. De plus elle possède un volet inconscient qui, par définition, nous échappe communément. Cette dimension inconsciente assurent le fonctionneemnt de nombreux automatismes bien utiles (tri, fusion, analyse, optimisation des images), ou de redonner de la vision à ceux qui l'on perdue (en cas de cécité corticale congénitale ou accidentelle). Pod-caster France-Inter.

Pour en savoir plus