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 il 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 lhumain. 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 sétire pour voir un objet de loin. Le cristallin de l il 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, lanalyseront et créeront des potentiels daction sur les neurones sensitifs bipolaires connectés à eux, codant ainsi lintensité, la couleur de la lumière qui les a frappés.
4- Finalement, les potentiels daction seront envoyés au cerveau, via le nerf optique, qui est lensemble des axones des neurones sensitifs de la rétine de lil.
Limage en trois dimensions entre
donc, sous forme de lumière, à lintérieur de notre
il. Sa mise au point se fait dans le cristallin. À lintérieur
du globe oculaire, limage est ensuite inversée, puis est
finalement captée, point par point, en deux dimensions, sur les
photorécepteurs de notre rétine. Limage 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. Cest donc le type de photorécepteurs qui
est activé la nuit, pour permettre à notre il dêtre
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
dordinateur 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 lendroit le plus précis de limage. Il nest
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 lil, la vision semble beaucoup
plus floue, car premièrement, on y trouve plus de bâtonnets que
de cônes et deuxièmement, les cônes quon y trouve sont
plusieurs à être connecté à un seul neurone, connecté lui au
cerveau (le ratio de photorécepteurs par neurone est
plus grand quau centre de lil). Limage
est donc plus précise au centre de la rétine quen périphérie,
et cest pour cela que nous avons toujours lhabitude
de focaliser lélément 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 donde de la lumière (les couleurs). Les personnes atteintes de daltonisme ont une absence dun ou plusieurs cônes au niveau de leur il. 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 daction (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 limage 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, lorsquon regarde quelque chose, des molécules se transforment pour pouvoir être sensibles à la lumière, puis captent la lumière, créent des potentiels daction sur les neurones bipolaires, et redeviennent insensibles à la lumière! Le processus recommence donc!
Comme nous pouvons en effet le voir sur limage 4.5, lélément précurseur, celui qui éventuellement deviendra sensible à la lumière, cest la B-carotène, que lon 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. Quest-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. Cest pour cela quon dit quelle est 11-cis. Mais au contact de la lumière (photons), la rétinal-11-cis devient entièrement plane. On dit alors quelle 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 daction créés au neurone sensitif connecté à lui, qui, avec des millions dautres 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,
cest que, comme sur limage 4.6, les moitiés
gauches de nos deux yeux se rendent dans la zone optique du
cerveau de lhémisphère droite, et les moitiés droites
des deux yeux se rendent dans l hémisphère gauche de la
zone optique! Rendus là, les potentiels daction,
codant par leur fréquence et non par leur intensité (étant de
nature tout ou rien) lintensité 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 dobjet. Une
grande différence de fréquence entre deux potentiels daction
venant de deux points différents de la rétine montre ainsi quon
a un changement dobjet (ou de couleur) dans ces points de limage
(donc un contraste). Ensuite, viennent les couleurs. À partir de
celles-ci, le cerveau est capable de reconstruire enfin limage,
qui était il y a quelques instants, codée par des potentiels daction
en trois dimensions. Finalement, la zone optique du cerveau, avec
laide de la mémoire, identifiera chaque objet de limage,
et lassociera donc avec sa fonction, à des souvenirs
En plus de voir, le lobe occipital du cerveau humain lui permet dassocier ce quil voit de manière intelligente. La vision, cest donc bien plus que le passage dune image en potentiels daction dans la rétine, puis à son état initial dans le cerveau. La vision, ça met en action beaucoup dautres 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 lintégration 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 daction à la zone optique du cerveau. Là, on décodera, étape par étape, les potentiels dactions, pour reformer une image en trois dimensions. Cela donnera lieu à dautre réactions, comme lassociation, la mémoire, la pensée |
David Laflamme, école secondaire Montcalm, expo-sciences Bell, tous droits réservés. |