A. Fonctionnement de l'oeil humain

 

1. Fonctionnement des différentes parties de l'oeil

 

L'oeil est un organe sensible et complexe. Il contient les récepteurs sensoriels sensibles aux stimulus qui déclenchent l'émission des messages nerveux.

 

Les rayons lumineux vont traverser plusieurs milieux transparents avant de former une image sur la rétine :

- la cornée,

- l'humeur aqueuse,

- le cristallin et

- l'humeur vitrée.

 

 

 

 

 

Sur cet album, on observe les différentes parties qui composent l'oeil dissequé.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Le cristallin permet l'accomodation de l'oeil. En effet, en modifiant sa vergence grâce aux muscles cilaires, le cristallin permet la formation d'une image nette d'un objet sur la rétine quelque soit sa distance.

 

La stimulation de la rétine par la lumière est à l'origine du processus visuel.

Celle-ci est ensuite absorbée par les photorécepteurs, deux types de cellules de la rétine : les cônes et les bâtonnets. Ceux-ci contiennent des pigments photosensibles : la rhodopsine pour les bâtonnets et l'opsine pour les cônes. L'absorption de la lumière par ces pigments va aboutir à la création d'un message nerveux sous la forme d'un signal électrique.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Les différentes couches de la rétine

 

2. La réaction photochimique à l'origine du message nerveux

 

Une réaction photochimique est une réaction chimique déclenchée par la lumière.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Comme le prouve cette animation, dans les opsines contenues dans les photorecepteurs, c'est une photoréaction qui est à l'origine du message nerveux.

Cette réaction provoque une isomérisation Z/E d'une molécule appelé rétinal.

Qu'est-ce-que l'isomérie Z/E ?

Deux espèces chimiques sont isomères si elles ont la même formule brute mais des propriétés chimiques et/ou physiques différentes car leurs atomes sont agencés différement.

Une isomérie Z/E entre deux molécules existe lorsque celle-ci possède

1. une liaison double carbone-carbone (C=C)

2. un atome ou groupe d'atomes différent de l'hydrogène (H) de chaque côté de cette chaîne carbonée (que nous avons appelé A et B).

Dans ce cas, il existe deux configurations :

L'une est l'isomère Z et l'autre l'isomère E.

 

 

 

 

 

Il existe deux isomères Z/E du rétinal.

Sous sa forme Z, il se fixe les opsines. Mais lors de l'absorption d'un photon par l'opsine, une réaction photochimique provoque sa transformation en E-rétinal. Sa géométrie est alors différente, le E-rétinal se détache alors de l'opsine et il y a production d'un message nerveux par le photorecepteur.

 

 

3. L'oeil réduit

 

Le fonctionnement de l'oeil peut être modélisé par un oeil réduit. Celui-ci est composé d'éléments optique tel qu'un diaphragme qui modélise l'iris et la pupille, un écran qui joue le rôle de la rétine et une lentille convergente représentant la cornée, l'humeur aqueuse et le cristallin.

 

 

 

 

Enfin pour modéliser l'accomodation, comme la distance entre la lentille et l'écran est fixe;  il faut remplacer la lentille de l'oeil réduit par une autre lentille plus convergente.

Une lentille convergente est un système qui réfracte la lumière  pour la faire converger vers un point. Elle se caractérise par une longueur : la distance focale (f') exprimée en m. C'est l'inverse de la vergence C utilisée par les opticiens qui s'exprime en dioptrie.

La distance focale permet de définir deux points sur son axe optique : le foyer image F' et le foyet objet F situés à une distance f' du centre O de la lentille (avant pour le foyer objet et après pour le foyer image).

Les rayons qui passent par le centre O ne sont pas déviés. Ceux qui sont parallèles à l'axe optique émergent en passant le foyer image et ceux qui passent par le foyer objet émergent parallèlement à l'axe optique.

L'image d'un objet est donc inversée : elle se trouve de l'autre coté de l'axe optique et c'est le segment perpendiculaire entre l'axe optique et l'intersection des rayons.

 

 

B. Passage de l'oeil vers le cerveau

 

1. De la rétine au chiasma optique

 

L'influx nerveux est transmis à deux types de neurones de la rétine : aux neurones bipolaires puis aux neurones ganglionnaires dont les fibres forment les deux nerfs optiques issus de chacun des deux yeux.

Les quatre nerfs convergent ensuite au niveau du chiasma optique.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Grâce à cette animation, nous pouvons déduire l'organisation des voies visuelles : 

 

- les nerfs issus des rétines nasales se croisent au niveau du chiasma optique

- les nerfs issus des rétines temporales restent du même côté

 

Sur cette image, on peut voir la localisation du chiasma optique.

 

 

        Schéma de l'organisation

            des voies visuelles

 

Puis ils vont relier le corps grenouillé latéral.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Le cerveau, lieu de l'interprétation des images

 

Les messages nerveux sont alors conduits au niveau du cerveau via une fibre nerveuse. Ils y seront alors analysés. 

Ces messages nerveux sont acheminés vers une zone précise du cerveau : le cortex primaire, de là ils sont distribués vers différentes aires spécialisées dans l'analyse de certaines composantes de l'image comme la forme, la couleur ou le mouvement. Les différentes informations sont enfin intégrées en une perception unique de l'image perçue.

Voici des photos que nous avons prises à partir d'une maquette de cerveau. On peut y voir la localisation des aires visuelles (lobe occipital pour la première et parties en vert à l'arrière du cerveau pour la seconde). L'animation qui suit confirme elle aussi la localisation de ces aires.