> La vision
 
 


Pour encore mieux comprendre les neurones en action, nous verrons maintenant comment, grâce à un réseau extrêmement bien structuré de neurones, les messages envoyés par la rétine de notre œil peuvent être décodés dans le cerveau. En effet, les yeux regardent, le cerveau voit! Nous commencerons donc par comprendre le principe de fonctionnement des photorécepteurs de la rétine puis, le principe de fonctionnement du décodage, dans le cerveau, des potentiels d ’action créés par la rétine.

La vision est un des sens qui est le plus développé chez l’humain. Voici les différentes parties de l'oeil qui permettent à l ’homme de voir ce qui passe autour de lui.

1- Lors de la vision, la lumière passe en premier à travers une membrane appelée cornée.

2- Elle passe ensuite au travers du cristallin où la mise au point se fait. Le cristallin est élastique et peut changer de forme quand certains  muscles exercent une traction sur ses bords. Ainsi, il se  bombe  pour  voir un objet de près et s’étire pour voir un objet de loin. Le cristallin de l ’œil joue donc un peu le même rôle que l ’objectif d ’une caméra.

3- La lumière se rend enfin à la rétine, où deux types de photorécepteurs, les bâtonnets et les cônes, l’analyseront et créeront des potentiels d’action sur les neurones sensitifs bipolaires  connectés à eux, codant ainsi l’intensité, la couleur… de la lumière qui les a frappés.

4- Finalement, les potentiels d’action seront envoyés au cerveau, via le nerf optique, qui est  l’ensemble des axones des neurones sensitifs de la rétine de l’œil.

L’image en trois dimensions entre donc, sous forme de lumière, à l’intérieur de notre œil. Sa mise au point se fait dans le cristallin. À l’intérieur du globe oculaire, l’image est ensuite inversée, puis est finalement captée, point par point, en deux dimensions, sur les photorécepteurs de notre rétine. L’image est donc transformée en une série de points presque incompréhensible, mais qui sera très bientôt, convertie en une image compréhensible cette fois-ci par le cerveau! Ce sont donc les yeux qui regardent et le cerveau qui voit!

Élaborons maintenant un peu plus sur les deux types de photorécepteurs, les cônes et les bâtonnets. Les bâtonnets sont 500 fois plus sensibles à la lumière que les cônes. Cependant, ils ne peuvent percevoir les couleurs; ils ne perçoivent que les nuances de gris. C’est donc le type de photorécepteurs qui est activé la nuit, pour permettre à notre œil d’être plus sensible à la lumière. Les cônes quand à eux sont capables de percevoir la couleur. En effet, il existe trois types de cônes, ceux qui perçoivent le bleu, ceux qui perçoivent le vert, et ceux qui perçoivent le rouge! Nos écrans de télé et d’ordinateur fonctionnent un peu sur le même principe; pour créer leur image, ils allument une série de points bleus, de points verts et de points rouges! Le centre de la rétine, appelé fovéa, est l’endroit le plus précis de l’image. Il n’est composé presque uniquement que de cônes, et chacun de ceux-ci, est connecté à un seul neurone connecté lui au cerveau. Chaque point du fovéa est donc directement connecté au cerveau. À la périphérie de  l’œil, la vision semble beaucoup plus floue, car premièrement, on y trouve plus de bâtonnets que de cônes et deuxièmement, les cônes qu’on y trouve sont plusieurs à être connecté à un seul neurone, connecté lui au cerveau (le ratio de photorécepteurs par neurone est plus grand qu’au centre de l’œil). L’image est donc plus précise au centre de la rétine qu’en périphérie, et c’est pour cela que nous avons toujours l’habitude de focaliser l’élément que nous regardons au centre de notre rétine. En effet, dans le fovéa, il y a 147 000 cônes par mm²! Dans toute la rétine,  on compte plus de 6 millions de cônes et 120 millions de bâtonnets. Finalement, le nerf optique regroupe de 500 000 à 1 million d ’axones.

Présentement, nous connaissons peu de choses sur la chimie de la détection des couleurs par les cônes. Nous savons qu ’il en existe trois types (bleu / vert / rouge) et que chacun de ceux-ci absorbe davantage certaines longueurs d’onde de la lumière (les couleurs). Les personnes atteintes de daltonisme ont une absence d’un ou plusieurs cônes au niveau de leur œil. Cependant, nous connaissons presque parfaitement le principe de fonctionnement de la détection des nuances de gris au niveau des bâtonnets. Nous verrons donc maintenant ce principe de fonctionnement, et après, le principe de fonctionnement du décodage des potentiels d’action (dans le cerveau) envoyés par les nombreux photorécepteurs de la rétine.

Une des caractéristiques remarquables de la  rétine des vertébrés est que les neurones sensitifs sont placés devant les photoré-  cepteurs. Comme nous pouvons le voir au bas de l’image 4.4, la lumière après avoir traversé le cristallin, doit donc passer à travers une jungle de neurones sensitifs (entre 500,000 et 1 million pour être plus précis!) pour enfin se faire coder en potentiels d ’action par les photorécepteurs! Dans les bâtonnets, à tout instant, lorsqu’on regarde quelque chose, des molécules se transforment pour pouvoir être sensibles à la lumière, puis captent la lumière, créent des potentiels d’action sur  les neurones bipolaires, et redeviennent insensibles à la lumière! Le processus recommence donc!

Comme nous pouvons en effet le voir sur l’image 4.5, l’élément précurseur, celui qui éventuellement deviendra sensible à la lumière, c’est la B-carotène, que l’on retrouve dans notre alimentation. La molécule de B-carotène se transforme en deux molécules de rétinol, ou tout simplement deux molécules de vitamine A. Au contact de l ’oxygène, ces molécules de rétinol se transforment en molécules de rétinal qui elles, au contact de l ’opsine, se transforment en rétinal-11-cis. Qu’est-ce que ce charabia? Comme on peut le voir sur l ’image 4.5, la rhodopsine change de forme à son onzième atome de carbone. C’est pour cela qu’on dit qu’elle est 11-cis. Mais au contact de la lumière (photons), la rétinal-11-cis devient entièrement plane. On dit alors qu’elle est trans (rétinal-trans). Elle est alors activée, et déclenche des potentiels d ’action sur le neurone bipolaire connecté au bâtonnet qui la contient. Le neurone bipolaire envoie les potentiels d’action créés au neurone sensitif connecté à lui, qui, avec des millions d’autres neurones, forme le nerf optique. Le nerf optique, connecté au cerveau, envoie finalement les potentiels d ’action à la zone optique du cerveau.

Un des nombreux mystères de notre cerveau, c’est que, comme sur l’image 4.6,  les moitiés gauches de nos deux yeux se rendent dans la zone optique du cerveau de l’hémisphère droite, et les moitiés droites des deux yeux se rendent dans l ’hémisphère gauche de la zone optique!  Rendus là, les potentiels d’action, codant par leur fréquence et non par leur intensité (étant de nature tout ou rien) l’intensité  des  longueurs  d ’onde  venant  de  frapper  les photorécepteurs de la rétine, passeront à travers un immense réseau de neurones encore cette fois extrêmement bien structurés. Le réseau de neurones du lobe occipital du cerveau (la zone optique) fait passer, en fait, une série d ’étapes de décodage aux potentiels d ’action venant de la rétine. En effet, on commence par assembler les lignes constituant le contours des objets vus: des lignes droites, des lignes obliques, courbes… Les contrastes délimitent donc le contour d’objet. Une grande différence de fréquence entre deux potentiels d’action venant de deux points différents de la rétine montre ainsi qu’on a un changement d’objet (ou de couleur) dans ces points de l’image (donc un contraste). Ensuite, viennent les couleurs. À partir de celles-ci, le cerveau est capable de reconstruire enfin l’image, qui était il y a quelques instants, codée par des potentiels d’action en trois dimensions. Finalement, la zone optique du cerveau, avec l’aide de la mémoire,  identifiera chaque objet de l’image, et l’associera donc avec sa fonction, à des souvenirs…

En plus de voir, le lobe occipital du cerveau humain lui permet d’associer ce qu’il voit de manière intelligente. La vision, c’est donc bien plus que le passage d’une image en potentiels d’action dans la rétine, puis à son état initial dans le cerveau. La vision, ça met en action beaucoup d’autres  zones de notre  cerveau en plus de la zone optique. Ces zones, fonctionnant toutes en parallèle, nous permettent de voir intelligemment.

Maintenant que les stimuli ont été captés par les récepteurs sensitifs,  (vue, toucher), et codés par leur zone du cerveau respective, voyons l’intégration intelligente de ces  stimuli dans le cerveau. Cela implique le phénomène de la pensée!


Il existe deux types de photorécepteurs sur la rétine: les cônes, qui perçoivent le bleu, le vert et le rouge (les couleurs), et les bâtonnets qui perçoivent les nuances de gris. Lorsque de la lumière les frappe, ils déclenchent des potentiels d ’action sur les neurones bipolaires connectés à eux. Ceux-ci les envoient ensuite aux neurones sensitifs formant le nerf optique de la rétine. Le nerf optique envoie finalement les potentiels d’action à la zone optique du cerveau. Là, on décodera, étape par étape, les potentiels d’actions, pour reformer une image en trois dimensions. Cela donnera lieu à d’autre réactions, comme l’association, la mémoire, la pensée…


David Laflamme, école secondaire Montcalm, expo-sciences Bell, tous droits réservés.