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3. Physiologie de la couleur

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3.1 Introduction à la physiologie

3.2 Le cerveau

3.2.1 Neurones
3.2 2 Synapses
3.2 3 Système oculaire
3.2.4 L'observation tachistoscopique

3.3 L'œil

3.3.1. Rétine
3.3.2 Bâtonnets
3.3.3 Cônes

3.4 La vision

3.4.1 Limite du champs visuel
3.4.2 Les anomalies de la vision
 
3.1 Introduction à la physiologie

La physiologie est la science qui étudie la vie et les fonctions des organes. Dans le cas de l'œil, il s'agit de l'étude des sensations captées par l'oeil et assimilées par le corps.

3.2 Le cerveau et la vision

Avec ses quelques 95 milliards de neurones, le cerveau humain est l'objet le plus complexe qui existe sur notre planète.

3.2.1 Les neurones

Les neurones sont les cellules uniques, discrètes et autonomes qui composent notre système nerveux. Ils peuvent avoir une action réciproque mais ne sont pas reliés physiquement. Ils sont tous situés dans le cortex, chacun peut être considéré comme un minuscule système de traitement de l'information.
Ensemble, les neurones forment l'élément actif des zones cérébrales dédiées au décodage des organes sensoriels. C'est par leurs interactions que le cerveau, organe physique, donne son essor à l'esprit vivant.

Un neurone reçoit sur un de ses dix mille synapses des signaux physiques, envoyés ou reçus par des neurones voisins. Plusieurs de ces synapses contiennent possiblement la même information; certaines concernant des fonctions motrices et non cognitives et d'autres encore inactifs se préparent à véhiculer l'information future.

Illustration exposant les principaux éléments constitutifs du neurone situé dans le cortex.
3.2.2 Les synapses

Si le cerveau ne disposait que d'une synapse, il ne posséderait que deux états mentaux comme dans un bit d'information ou seuls deux états peuvent être exprimés soit, 0 ou 1, (oui ou non). Si nous avions deux synapses (2 élevé à la puissance 2) = Nous disposerions de 4 états mentaux; trois synapses (2 élevé à la puissance 3) = 8 états, (2 à la 4)= 16, et ainsi de suite jusqu'a X synapses, (2 élevé à la puissance X) soit le nombre d'états mentaux potentiel.

Le cerveau humain contient environ (10 élevé à la puissance 13) synapses. Alors, le nombre d'états différents qu'un cerveau humain peut potentiellement mémoriser est de 2 élevé à la puissance dix mille milliards (2 exposant 10,000,000,000). Nous aboutissons ainsi à un chiffre inimaginable, beaucoup plus élevé, par exemple, que le nombre total de particules élémentaires (électrons et protons) contenus dans l'univers entier, qui lui est inférieur (2 élevé à la puissance 950). Épargnons-nous d'écrire le nombre en chiffres.

"Si le cerveau est un ordinateur, alors il est le seul qui marche avec du glucose,
qui produit 10 watts d'électricité et qui est actionné par une main-d'oeuvre non qualifiée."  David Lewis

3.2.3 Le système oculaire

L'œil lui fonctionne comme un appareil photographique.
En effet, l'oeil n'est qu'un ensemble de capteurs photosensibles et il n'interprète aucune des images perçues. Sa fonction est de recevoir et de transformer les vibrations électromagnétiques de la lumière en influx nerveux qui sont transmis par les nerfs optiques jusque dans les aires visuelles du cerveau.

Les mécanismes de transmission et d'interprétation de la couleur sont très complexes. Pour comprendre l'essentiel du phénomène optique, regardons l'illustration suivante.

Méthode de distribution de la lumière dans l'influx nerveux du cerveau

La lumière perçue par la moitié gauche de l'œil gauche et la moitié gauche de l'œil droit (en magenta) se rassemble dans l'hémisphère gauche du cerveau.

Et, la lumière perçue par la moitié droite de l'œil gauche et la moitié droite de l'œil droit (en cyan) se rassemble dans l'hémisphère droit.

En parcourant le chemin jusqu'aux aires visuelles l'influx des nerfs se croise à un endroit nommé chiasma optique. Une fois regroupée l'information des deux nerfs optiques est appelée bandelette optique. Situées dans la zone occipitale (la nuque), les aires visuelles interprètent les signaux et constituent les images que nous percevons.

3.3.4 L'observation tachistoscopique
Méthode d'observation pour déterminer la prédominance cérébrale


Cette méthode consiste à projeter un stimulus visuel sur un écran pendant quelques centièmes de secondes, deux mots ou deux phrases écrites, deux couleurs, deux dessins, deux photos, etc.

Les deux éléments sont répartis d'un côté ou de l'autre d'un point sur lequel le sujet doit fixer son attention. Les stimuli visuels doivent être de nature équivalente mais de caractéristiques discernables.

Si le stimulus détecté est situé en priorité à gauche du point de concentration X ceci signifie que le sujet est de dominance cérébrale droite.

Si le stimulus détecté est situé en priorité à droite du point de concentration X ceci signifie que le sujet est de dominance cérébrale gauche.

En fait cette détection permet de mettre en évidence la bandelette optique est la plus active donc l'hémisphère le plus rapide

3.3 L'œil
Pour regarder un œil, il n'y a rien de meilleur qu'un œil.
L'œil et ses éléments constitutifs


Muscles moteurs

Les muscles moteurs de l'œil ont pour rôle de faire bouger l'œil dans toute les directions

Fovéa
Dépression médiane de la tache jaune (« macula lutea »), au centre de la rétine, zone où la vision est la plus nette.

Macula lutea
Tache ovale jaune grisâtre du fond de l'œil, située sur la rétine du côté inférieur externe de la papille optique

Canal de Schlemm
Canal circulaire situé entre la cornée et l'iris. L'humeur aqueuse quitte l'oeil par ce canal pour joindre la circulation sanguine.

Chambre antérieure
Espace entre la cornée et l’iris où se trouve l’humeur aqueuse.

Chambre postérieure
Grande zone derrière le cristallin remplie de corps vitré.

Choroïde
C'est une couche vasculaire de couleur noire qui tapisse les trois cinquièmes postérieurs du globe oculaire. Elle est en continuité avec le corps ciliaire et l'iris, qui se situent à l'avant de l'oeil. Elle absorbe les rayons lumineux inutiles pour la vision, elle est très riche en vaisseaux sanguins afin de nourrir les photorécepteurs de la rétine.

Cornée
Tunique antérieure et transparente de l'œil.


Corps vitré
Substance gélatineuse qui remplit la cavité située entre le cristallin et la rétine et donne à l’œil sa forme et sa consistance. Il représente 90% du volume de l’œil et est capable d’amortir les chocs.


Cristallin
Lentille optique biconvexe, déformable et élastique, dévie les rayons lumineux, tout en étant opaque aux ultraviolets. Elle est située derrière l’iris et est chargée de faire la mise au point pour obtenir la netteté à toute distance (ramener l’image sur la rétine). Ses modifications survenant vers 45 ans sont à l’origine de la presbytie, puis de son opacification ou cataracte.


Iris
Membrane circulaire, contractile en fonction de l’intensité lumineuse, diversement colorée, qui occupe la chambre antérieure de l’œil et qui est percée en son milieu d’un orifice, la pupille. L’iris joue le rôle d’un diaphragme : il régularise la quantité de lumière qui pénètre dans l’œil par la pupille. La pigmentation de l’iris est directement responsable de la couleur des yeux.


Muscle ciliaire
Sa contraction permet  les changements de forme du cristallin.
 

Nerf optique
Nerf qui transmet les signaux visuels de l'oeil au cerveau.
 

Pupille
Ouverture de l'iris par la quelle les rayons lumineux pénètrent dans l'oeil.
 

Rétine
La couche interne du fond de l’œil, là où sont situés les photorécepteurs (bâtonnets et cônes) ; Des réactions chimiques qui se produisent dans la rétine transmettent, par le nerf optique, des impulsions électriques au cerveau afin de permettre la vision.
 

Sclérotique coque blanche
La sclérotique fait partie des trois tuniques de l'œil. Elle représente la membrane fibreuse blanche extérieure. Plus communément appelée " blanc de l'œil ". Elle est opaque et mesure 1 mm d'épaisseur.

Suspenseur du cristallin

Ligament qui maintient le cristallin en place
 

3.3.1. Rétine

Les rayons lumineux traversent les fibres du nerf optique situées sur la partie externe du nerf optique, puis différentes couches de cellules (ganglionnaires, bipolaires...), puis se réfléchissent sur la choroïde. Les rayons repartent ensuite sur les photorécepteurs. La rétine comprend deux types de photorécepteurs qui sont tous deux des neurones modifiés. Les bâtonnets, très sensible à la lumière assure la vision nocturne en noir et blanc ; les cônes moins sensibles à la lumière permettent la vision des couleurs pendant le jour.

La rétine et ses éléments constitutifs

3.3.2 Bâtonnets

Les bâtonnets sont présents en nombre très élevé (75 à 150 millions) et se répartissent surtout en dehors de la fovéa. Ils ont un diamètre moyen de 2,5 à 3 microns et une distance mutuelle allant de 10 à 20 microns. Les bâtonnets possèdent une très bonne sensibilité ce qui explique qu’ils interviennent essentiellement en faible lumière (vision de nuit). Il n’existe qu’un seul type de bâtonnet.

3.3.3 Cônes

Les cônes sont beaucoup moins nombreux (6 à 7 millions). Ils se trouvent essentiellement dans la fovéa. Ils sont plus petits que les bâtonnets (1 à 2 microns) et plus serrés (distance moyenne de 2,5 à 10 microns). Les cônes interviennent essentiellement en vision diurne. Il existe trois types de cônes dont les sensibilités spectrales dues aux pigments qu’ils contiennent sont différentes. Ce sont les cônes qui permettent la vision des couleurs.

3.4. La vision

3.4.1 Limites du champ visuel
Le champ visuel, c'est l'espace visuel périphérique vu par l'œil. Il s'étend normalement de 60° en haut, 70° en bas et 90° environ latéralement ce qui correspond à un objectif photographique "grand angle" de 180 °.

Division du champ visuel dans un plan horizontal, d'après Panero et Zelnik (Human dimension and interior space, Whitney Library of design, Architectural press Ltd, Londres, 1979).

3.4.2 Les anomalies de la vision

Achromatopsie

Ce terme rébarbatif correspond au " Daltonisme ", terme plus souvent employé dans le langage courant. Il s'agit en fait d'une anomalie congénitale héréditaire de la vue. Cette anomalie s'explique en général par un mauvais fonctionnement des cônes. Les achromatopsiques sont incapables de distinguer certaines couleurs entre elles.  Vous découvrirez sur le lien suivant une simulation des perceptions des personnes atteintes par l'achromatopsie.

Achromatopsie par Cal Henderson

Héméralopie

Une anomalie fréquente de la vision est l'héméralopie .Ce symptôme caractérisé par une diminution considérable de la vue dès que la lumière baisse s'explique en général par un manque de vitamine A dans le pourpre rétinien des bâtonnets, ce qui les empêche de réagir correctement aux variations d'éclairage.
Les héméralopes ont une vue photopique parfaitement normale, car la fonction des cônes reste intactes. Toutefois, dès que la lumière ambiante s'abaisse au-dessous d'un certain seuil, ils ne voient plus. Chez les individus normaux, ce sont en effet les bâtonnets qui prennent en charge toute la fonction optique dès que la lumière n'est pas suffisante pour provoquer une réaction au niveau des cônes. Il est évident que les individus atteints d'héméralopie ont une vision scotopique affectée.

Au centre de la photo nous voyons une simulation d'un héméralope

Protanopie

On appelle protanopes les personnes qui ne peuvent distinguer les ondes longues, c'est-à-dire la zone rouge du spectre.

Test d'Ishihara, un protanope ne verra pas le chiffre 2

Deutéranopie

Les deutéranopes ne perçoivent pas les ondes moyennes qui correspondent à la zone Verte.

Test d'Ishihara, un deutéranope ne verra pas le chiffre 5

Tritanopie

Les tritanopes ne perçoivent pas les ondes courtes du spectre qui correspondent â la zone bleue. Il est intéressant de noter que la proportion d'achromatopsiques est plus importante chez les hommes ( 8% ) que chez les femmes ( 0,4% ). Cette différence s'explique par le fait que les facteurs favorisant l'achromatopsie sont d'origine congénitale et se transmettent de façon héréditaire en suivant les lois de la récessivité liée au chromosome X. Les tritanopes sont très rares.

Simulation de perception

Voici aussi un tableau illustrant les différentes perceptions liées aux anomalies

Dans la première colonne, la perception d'un sujet avec une vision normale
dans la deuxième la vision d'un sujet protanope et dans la troisième la vision d'un sujet  deutéranope.


Normal

Protanope

Deutéranope

     

Tests d'Ishihara