SSPP : Neurobiologie du système visuel

Question 1

Que doit traverser la lumière pour atteindre la rétine ?

Answer 1

• La cornée
• L’humeur acqueuse
• La pupille de l’iris (diaphragme)
• Le cristallin (lentille biconvexe)
• Le corps vitré
• La rétine

Question 2

Qu’est-ce que la fovéa ?

Answer 2

Partie centrale de la rétine. C’est là que converge les rayons lumineux.

Question 3

Principe d’accomodation

Answer 3

Plus l’objet que l’on regarde est proche de l’oeil, plus les rayons lumineux devront être déviés pour donner une image nette.

Tous les milieux traversé de la cornée à la rétine ont des capacités de déviation de la lumière (indice de réfraction) différentes et fixes, sauf pour le cristallin, qui grâce à un muscle ciliaire, peu changer le rayon de courbure de la lumière et ainsi effectuer une mise au point.

Question 4

Fonctionnement du muscle ciliaire du cristallin

Answer 4

Objet situé à l’infini (au delà de 6 mètres chez l’H) :
=> muscle se relâche => augmentation de son diamètre => étirement des ligaments suspenseurs => tire sur le cristallin => aplatissement de la lentille => capacité de déviation minimale

Objet proche :
=> muscle se contracte => diminution du diamètre => relâchement des ligaments suspenseurs => relâchement du cristallin => augmentation de la convexité de la lentille => augmentation de la capacité de déviation

Question 5

2 types de photorécepteurs chez l’homme :

Answer 5

Cônes = récepteurs de la vision diurne
=> nécessite forte luminosité
=> perception fine des détails spatiaux et temporels
=> détectent les couleurs

Bâtonnets = récepteurs de la vision crépusculaire
=> faible luminosité, exposés à la lumière du jour = saturés et inefficaces

Spécialisés dans la transduction de la lumière en signal électrique + transmission de ces signaux

“segment externe” = le plus éloigné du centre du globe oculaire => absorbe lumière et produit signal électrique
=> cylindrique chez les bâtonnets et effilés chez les cones

Autre extrémité => terminaison synaptique

Question 6

Molécules capables d’absorber la lumière

Answer 6

Se trouvent dans le segment externe des photorécepteurs

Bâtonnets => rhodopsine
Cônes => iodopsine

3 groupes de cônes, chaque groupe contient une iodopsine différentes dont l’absorption maximale se situe à différents niveau du spectre visible

Question 7

Comment l’absorption de la lumière par un photorécepteur produit-elle un signal électrique?

Answer 7

Au repos (obscurité) : membranes perméables au K+, et perméables au Na+ au niveau du segment externe
=> courant d'obscurité

Lumière : flux entrant de Na+ est bloqué par molécules de pigment sur lesquelles agissent les photons => hyperpolarisation de la cellule => se propage du segment externe vers la terminaison synaptique => transmission vers neurones bipolaires et cellules horizontales

Hyperpolarisation augmente avec intensité lumineuse jusqu’à un certain seuil

Il faut 400x plus de iodopsine pour atteindre la même réponse que la rhodopsine

Dans des conditions favorables, un bâtonnet humain peut signaler l’absorption d’un photon
unique, qui n’active qu’une seule des 100 millions de molécules de rhodopsine présentes dans
la cellule

Quand luminosité diminue => bâtonnets sortent de leur état de saturation => temps d’adaptation
=> rétine = système adaptif

Question 8

Notion de sensibilité spectrale

Answer 8

spectre visible = [400,750]nm

Bâtonnnet = maximum d’absorption = 490 nm

Cônes “bleus” => 420nm
Cônes “verts” => 520nm
Cônes “rouges” => 560nm

Pour percevoir les couleurs, le cerveau calcule le degré d’absorption (excitation) de chaque type de cônes

Question 9

Différentes catégories de neurones dans la rétine

Answer 9

5 catégories
3 constituent ligne directe vers le cerveau : les photorécepteurs, les neurones bipolaires et les neurones ganglionnaire

Cellules horizontales et amacrine : voies transversales qui module les messages véhiculés par la voie directe

Question 10

Répartition des cellules dans la rétine

Answer 10

Les cônes sont les seuls photorécepteurs dans la fovéa
Plus on s’éloigne de la fovéa, plus la densité de cônes diminue et plus celle de bâtonnet augmente
=> périphérie de la rétine => quasi aucun cône

=> variation de l’acuité visuelle en fonction de la région rétinienne stimulée => elle est maximale au niveau de la fovéa (vision centrale)
=> écart de 6 degrés = 75% de baisse d’acuité

La sensibilité augmente avec l’excentricité du stimulus

Question 11

Qu’est-ce que l’acuité visuelle ?

Answer 11

Pouvoir séparateur de l’oeil => plus petite distance perceptible en 2 points

Elle s’exprime en cycles par degré (alternances de bandes de contraste)
Acuité maximale (centre fovéa) = 60 c/d° (conditions optimales de contraste et de luminance

Question 12

Qu’est ce que le champ récepteur d’une cellule ?

Answer 12

Toute cellule sensorielle, les tactiles et les visuelles en particulier, possède ce que l’on appelle un Champ Récepteur, càd une surface (de la rétine ou de l’espace) clairement délimitée dont la stimulation entraîne la réponse de cette cellule.

Question 13

Détermination d’un champ récepteur d’une cellule

Answer 13

Kuffler (1950)
=> enregistrement de l’activité d’une cellule ganglionnaire (électrode a/n du nerf optique) + balayage de la rétine avec fin faisceau lumineux en projection directe => “zone de surveillance” de la cellule enregistrée
=> mise en évidence des champs récepteurs des cellules ganglionnaires

A chaque champ récepteur sur la rétine correspond une partie du champ visuel

Etude des champs récepteurs des cellules visuelles en faisant bouger un spot lumineux sur un écran que regardait le sujet placé dans le noir.

Les champs récepteurs des cellules visuelles sont circulaires + pptés d’antagonisme de réponse centre/périphérie

Question 14

Particularités des cellules ganglionnaires et bipolaires

Answer 14

Champs récepteurs de ces cellules => 2 disques concentriques qui ont des actions antagonistes sur la fréquence de décharge d’impulsions nerveuses de la cellule

Cellule à centre ON/périphérie OFF ou vice-versa

Question 15

Comment on mesure l’activité d’une cellule de la rétine ?

Answer 15

micro-électrode mesure l’activité électrique d’un axone isolé au niveau du nerf optique

Question 16

Explication de l’acuité visuelle des cônes vs. bâtonnets

Answer 16

Cônes => Champs récepteurs petits => moins de chance que 2 points contigües tombent dans le même champ récepteur
+ faible convergence des signaux => au milieu de la fovéa => un cône peut n’entrer en contact qu’avec une cellule bipolaire, et celle-ci qu’avec une cellule ganglionnaire

Bâtonnets => forte convergence (un bâtonnet mène à plusieurs cellules bipolaires qui mènent à plusieurs cellules ganglionnaire => surtout en périphérie)
=> explique aussi augmentation de la sensibilité et baisse de la résolution spatiale (le signal que reçoit une cellule bipolaire pourrait provenir de n’importe quel point d’une surface étendue de la rétine)

Question 17

Qu’est-ce que la tâche aveugle ?

Answer 17

La zone de la rétine ou se regroupent les axones des cellules ganglionnaires.
Cette zone ne contient pas de photorécepteurs
Les axones regroupés forment le nerf optique

Question 18

Voie visuelle primaire

Answer 18

= voie rétino-géniculo-striée

Les nerfs optiques se rejoignent à la base du cerveau => chiasma optique => réorganisation des fibres => 60% des fibres rejoignent la partie du cerveau controlatérale à l’œil dont ils proviennent et 40% reste du côté ipsilatérale

Après chiasma => les axones réorganisés forment les bandelettes optiques
=> Le croisement partiel des axones des cellules ganglionnaires au niveau du chiasma permettra aux informations émanant d’un même point d’être traitées par chacun des hémisphères.

=> les axones des bandelettes aboutissent dans les corps genouillés latéraux (un à droite et un à gauche), structure interne et profonde du cerveau, où les cellules ganglionnaires font synapse avec d’autres neurones, dont les corps cellulaires se situent dans les corps genouillés

=> les axones de ces neurones quittent les corps genouillés et passent par les radiations optiques pour rejoindre le cortex visuel primaire

La voie visuelle primaire transmet la majeure partie des informations visuelles et est à l’origine de la perception visuelle consciente.

Lésions = déficits visuels => nature et étendue dépend de la localisation

Question 19

Où se situe le cortex visuel primaire ?

Answer 19

dans les lobes occipitaux, notamment de part et d’autre de la faille interhémisphérique

Question 20

Voies visuelles secondaires

Answer 20

Amènent des info visuelles à d’autres structures que les corps genouillés latéraux et V1, dans des structures sous-corticales, où l’information est analysée inconsciemment

Prétectum => réflexe pupillaire
Colliculus => coordination des mouvements de la tête et des yeux

Question 21

Rétinotopie

Answer 21

=> caractéristique de l’organisation générale du système visuel
=> les cellules voisines de la rétine
transmettent leurs infos à d’autres cellules, elles aussi voisines à tous les niveaux des voies
visuelles
=> à tous niveaux du système visuelle (notamment corps genouillés et cortex visuel primaire), on retrouve une cartographie de la répartition des informations visuelles qui respecte celle de la rétine

= projection de l’espace vue sur le cortex visuel primaire

Question 22

Structure et fonctions des corps genouillés latéraux

Answer 22

= structure de relai des voies visuelle
=> reçoit les axones des cellules ganglionnaires de la rétine temporale ipsilatérale et de la rétine nasale controlatérale
=> traite des info provenant des deux yeux, mais que du champ visuel controlatéral
=> organisé en couches superposés de cellules (6)
=> Les axones des cellules ganglionnaires ipsilatérales font synapses dans les couches 2,3,5
=> Les axones des cellules ganglionnaires controlatérales font synapse dans les couches 1,4,6

Toutes les couches ont une organisation rétinotopique

Les différentes cartes rétinotopiques, qu’elles proviennent de l’œil droit ou gauche, sont identiques => permet la comparaison de ce qui est perçue par l’œil droit et par l’œil gauche => permet vue en 3D

Les champs récepteurs des cellules géniculées sont semblables à ceux des cellules ganglionnaires (centre ON/OFF)
=> certaines sont sensibles à la couleur (longueur d’onde préférentielle)

Question 23

Cortex visuel primaire

Answer 23

= cortex strié = cortex V1
=> organisés en 6 couches superposés de neurones (I à VI) => implique une répartition des tâches

Neurones qui proviennent des corps genouillés latéraux proviennent de la couche IV => neurones de cette couche émettent leurs axones vers d’autres couches corticales => message des deux yeux convergent sur les mêmes neurones
Couches au-delà => neurones binoculaires

Majorité des champs récepteurs des neurones de V1 sont binoculaires => permet la vision du relief
Neurones strictement bipolaires sont très rares => la plupart ont une préférence plus ou moins élevée pour un des deux yeux

Question 24

Travaux sur la nature des informations

traitées par les cellules du cortex visuel.

Answer 24

Hubel et Weisel

=> étroits faisceaux lumineux qui stimulent rétine et corps genouillé => non-suffisant pour activer les neurones du V1 => il faut des barres lumineuses orienter spécifiquement pour activer une cellule spécifique => orientation préférentielle de la cellule
=> ces cellules ne répondent qu’à une gamme limitée d’orientation (activation max = orientation préférentielle)

Question 25

Différentes cellules au sein du cortex visuel primaire

Answer 25

Travaux de Hubel et Weisel

3 catégories :

• cellule simple => champ récepteur avec deux zones OFF et une zone ON, ou l’inverse
• cellule complexe => alternance/mélange des zones ON et OFF dans le champ récepteur de la cellule
• cellule hypercomplexe => réponse si les stimuli se déplacent dans le champ récepteur dans une direction orthogonale à leur orientation => ON dans un sens et OFF dans l’autre => sensible à la longueur de la barre

Question 26

Organisation spécifique des neurones du cortex visuel primaire en fonction de leurs caractéristiques

Answer 26

caractéristiques = dominance oculaire et orientation préférentielle

=> organisation en colonne => trouvée en enregistrant l’activité des neurones rencontrés au fur et à mesure que l’on enfonce une électrode perpendiculairement ou tangentiellement à la surface du cortex
=> organisation à l’échelle microscopique

=> si on enfonce verticalement => tous les neurones rencontrés ont des orientations préférentielles identiques + même dominance oculaire

=> pénétration oblique => changement systématique de l’orientation préférentielle des neurones + décalage graduelle de la dominance oculaire et alternance
Œil D / Œil G qui respecte la nature des informations monoculaires arrivant dans la couche IV

certains travaux récents laissent supposer que d’autres caractéristiques du stimulus, telles que sa couleur, la direction de son déplacement et d’autres se répartissent également de manière systématique et répétitive