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Les illusions d'optique
Voir est un acte complexe dont l’œil est la porte d’entrée incontournable.
L’œil est un système optique assurant la transmission de la lumière jusqu’à la rétine, système photosensible réalisant la transformation de l’image perçue en message neurologique.
1. L'œil, un instrument d'optique
Anatomie de l’œil
L’œil humain adulte est une sphère de 2,5 cm de diamètre, pesant environ 7 grammes, située dans une cavité osseuse du crâne : l’orbite. Les paupières protègent l’œil des corps étrangers et assurent, par un clignement reflexe, son humidification permanente. La glande lacrymale libère les larmes, contenant du mucus et des anticorps qui protègent et lubrifient la surface de l’œil. Chaque globe oculaire est mobile grâce à six muscles dits « oculomoteurs » insérés dans l’orbite.
Description du globe oculaire
L’œil est contenu dans une enveloppe sphérique protectrice de 12mm de rayon : la sclère. C’est une membrane blanche et opaque qui recouvre 5/6 de la surface de l’œil.
La choroïde est la membrane très vascularisée qui tapisse l’intérieur de la sclère.
La rétine est l’enveloppe la plus interne de l’œil : il s’agit d’un tissu nerveux très mince collé contre la choroïde, riche en vaisseaux sanguins, et qui se prolonge en arrière par le nerf optique.
La cornée est la partie antérieure transparente de l’œil. C’est à travers elle que la lumière pénètre à l’intérieur du globe oculaire. Elle mesure 11mm de diamètre et fonctionne comme une lentille rigide convergente.
L’œil est séparé en deux espaces intérieurs par une lentille biconvexe déformable: le cristallin. Les muscles ciliaires, rattachés au cristallin, ont pour fonction d'en modifier la courbure. En avant se trouve la chambre antérieure, contenant l’humeur aqueuse (liquide de composition voisine de celle du plasma) ; en arrière se trouve la chambre postérieure, contenant l’humeur vitrée (substance transparente gélatineuse occupant 80% du volume de l’oeil).
L’iris est la partie colorée de l’œil, c’est un véritable diaphragme situé en avant du cristallin. Il délimite une entrée de lumière de taille variable : la pupille. Le diamètre de la pupille modifie la quantité de lumière qui arrive à la rétine, ce qui permet d’éviter l’éblouissement en plein soleil (pupille contractée en « myosis ») ou de capter le maximum de rayons dans l’obscurité (pupille dilatée en « mydriase »).
1. La cornée
2. L'humeur aqueuse
3. L'iris
4. La pupille
5. Le cristallin
6. L'humeur vitrée
7. La rétine
8. Le nerf optique
9. La choroïde
10. La sclérotique ou la sclère
11. La macula
12. La tache aveugle
13. Muscles ciliaires
Formation des images dans le globe
Avant d’atteindre la rétine, les rayons lumineux traversent cornée, humeur aqueuse, cristallin, et humeur vitrée. Au cours de ce trajet, cornée et cristallin font subir un changement de direction aux rayons lumineux, qui vont converger sur la rétine où ils arrivent inversés.Les images du haut arrivent en bas et celles de gauche arrivent à droite.
L’œil fonctionne comme un appareil photographique. Son diaphragme est l’iris, qui régule la quantité de lumière pénétrant le système ; son objectif est le cristallin, qui concentre les rayons vers la zone où doit se former l’image ; son capteur/écran est la rétine.
Pour qu’un objet soit vu nettement, il faut que son image se forme précisément sur la rétine et au centre de celle-ci. C’est le rôle de la mise au point pour l’appareil photographique et du cristallin pour l’œil. En effet, le cristallin se déforme sous l’influence du muscle ciliaire : il s’épaissit pour la vision de près et s’amincit pour la vision de loin.
Accommodation du cristallin
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Le champ visuel est la portion d’espace que l’œil perçoit. Les deux yeux, chez l’homme sont placés sur le devant de la tête et la partie de champ visuel commune aux deux yeux permet ce qui se nomme la vision binoculaire.
2. Le fonctionnement de la rétine
La rétine est un tissu neurosensoriel dont la structure est complexe. Cette membrane transparente, située au fond de l’œil, comporte deux types de cellules photoréceptrices, les cônes et les bâtonnets. Ils sont reliés à une deuxième couche de neurones (cellules bipolaires) eux-mêmes connectés à une troisième couche de neurones dits « ganglionnaires », dont les prolongements sont les fibres du nerf optique.
Grâce aux pigments qu’ils contiennent, les photorécepteurs peuvent convertir la stimulation lumineuse en un message nerveux qui sera véhiculé jusqu’au cerveau. Les cônes jouent un rôle important dans la vision des couleurs et la perception détaillée des images Il en existe trois sortes, qui possèdent des photopigments (opsines) différents, certains sensibles à la lumière rouge, d’autres à la lumière verte et d’autres encore à la lumière bleue. La sensation de couleur résulte de la combinaison de ces trois éléments de base.
Les photorécepteurs sont inégalement répartis sur la rétine.
Les cônes se situent en majorité et en densité maximale au niveau de la macula (centre de la rétine), au coeur de laquelle se trouve la fovéa (ne possédant que des cônes).
Chaque cône est relié à une fibre nerveuse. Cela permet une analyse plus précise de l’image. L’image est décodée point par point et permet une vision détaillée.
Quand on s’éloigne de la fovéa, plusieurs cellules visuelles sont reliées à une même fibre nerveuse. Les cônes se raréfient au profit des bâtonnets, seuls représentés à la périphérie de la rétine. L’image est décodée plage par plage et sera plus floue.
3. Le nerf optique et les voies visuelles
Toutes les fibres optiques (axones) issues des cellules ganglionnaires convergent vers la papille, de même que le réseau artériel et veineux.
C’est la papille qui provoque la tache aveugle du champ visuel puisqu’aucune cellule photoréceptrice n’y siège.
La transmission des informations obtenues sur les rétines vers les aires visuelles du cerveau est assurée par les nerfs optiques.
Les 2 nerfs optiques droit et gauche se croisent avant d’arriver au cerveau et échangent des fibres au niveau d’une zone dénommée chiasma optique. (Les fibres en provenance du côté nasal des deux rétines changent de côté.)
Les fibres des deux nerfs optiques se rejoignent et font relais dans les deux corps géniculés latéraux avec de nouveaux neurones qui amènent l'information jusqu'aux aires visuelles.
L'hémirétine temporale de l'œil droit est reliée avec l'hémirétine nasale de l'œil gauche aux aires visuelles de l'hémisphère cérébral droit.
L'hémirétine temporale de l'œil gauche est reliée avec l'hémirétine nasale de l'œil droit aux aires visuelles de l'hémisphère cérébral gauche.
Les perceptions rétiniennes d'un objet situé dans le champ visuel gauche se rejoignent donc dans l'hémisphère cérébral droit.
4. Le cortex visuel
Dans chaque hémisphère, les informations visuelles sont traitées par différents zones cérébrales, que l'on regroupe sous le nom de cortex visuel.
Il couvre le lobe occipital sur ses faces latérales et internes et empiète sur le lobe pariétal et le lobe temporal.
L'étude du cortex visuel en neurosciences a permis de le découper en une multitude de sous-régions fonctionnelles : V1, V2, V3, V3a, V3b, IPS, LO, VO, V4...
L'IRM fonctionnelle du cerveau permet d'observer leur activation; lorsque qu'on observe des formes ou des mouvements. Schématiquement, il a été établi que le cortex visuel primaire V1 reçoit les sensations et les transfère au cortex visuel V2 , qui perçoit les formes complexes et communique avec V3 (formes dynamiques) , V4 (formes et couleurs, et V5 (mouvements). V3 et V4 communiquent avec les aires visuelles temporales, où a lieu la reconnaissance, en collaboration avec la mémoire.
5. La vision binoculaire
Le monde qui nous entoure est en trois dimensions, mais il projette sur la rétine une image en deux dimensions. Différents objets, selon leur distance et leur orientation, peuvent occuper le même espace sur la rétine.
Notre perception visuelle provient de l'intégration des deux images planes de nos deux rétines. C'est la vision binoculaire.
Pour percevoir la profondeur d'un décor, le cerveau utilise le décalage entre ces deux images légèrement différentes.
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