L’oeil

La vue fait partie des cinq sens de l’être humain avec l’ouïe, le toucher, le goût et l’odorat. Elle est le sens le plus important et donc le plus utilisée. La vue se fait par l’intermédiaire d’un organe complexe, l’oeil.

A/ La structure de l’oeil

coupe de l'oeil

coupe de l’oeil

Cet organe est de faible volume (environ 6,5 ml) pèse 7 grammes et a la forme d’une sphère d’environ 24 mm de diamètre complétée vers l’avant par une autre demi-sphère de 8 mm de rayon, la cornée.
Nous allons maintenant en étudier les différentes parties:

  • Le cristallin : lentille biconvexe transparente située entre l’iris et le vitré.
  • La sclérotique: membrane très résistante de structure tendineuse de 1 à 2 mm d’épaisseur. Elle donne à l’œil sa couleur blanche et sa rigidité.
  • La cornée: membrane transparente (0,5 à 0,8 mm) de forme courbée. Elle permet la réfraction des rayons lumineux vers l’intérieur de l’œil (lentille oculaire).
  • L’uvée: membrane richement vascularisée, posée sur la face interne de la sclérotique (corps ciliaire et iris).
  • L’iris : muscle de structure pigmentée donnant sa couleur à l’œil, en forme d’anneau qui entoure la pupille et qui détermine l’ouverture de celle-ci par contraction et dilatation.
  • La pupille : elle remplit l’orifice central de l’iris, son diamètre varie en fonction de la luminosité (2,5 à 2,7 mm). Elle permet d’éviter l’aveuglement en plein jour et de pouvoir voir la nuit.
  • Humeur vitrée : liquide transparent gélatineux constitué d’eau, de collagène et de mucopolysaccharides.
  • Humeur aqueuse: liquide transparent qui nourrit la cornée et permet le maintient de la forme de l’œil.
  • Conjonctive : fine membrane qui recouvre et protège le cornée.
  • Choroïde : elle double intérieurement la sclérotique et absorbe les rayons lumineux inutiles à la vision.
  • La rétine : elle contient plusieurs types de cellules parmi lesquelles les photorécepteurs : 125 millions de bâtonnets et 5 millions de cônes. Les bâtonnets sont uniquement sensibles à la lumière, ils servent à la vision périphérique et crépusculaire (vision de nuit). Les cônes s’activent en pleine lumière et assurent une vision très précise des couleurs, ils sont concentrés sur la fovéa.
  • La fovéa : c’est le point central de l’acuité visuelle. Cette dépression en forme de cratère est la zone de la rétine où l’acuité visuelle est la meilleure. Elle est située dans l’axe du regard et ne constitue qu’un millième de la surface de la rétine. C’est ici que les rayons lumineux convergent, elle est uniquement constituée de cônes.

B/ Traitement de l’image par la rétine

La rétine est la partie de l’œil qui permet l’acuité visuelle (performance de la vision), c’est grâce à elle que nous percevons les couleurs et le mouvement. Il s’agit d’un tissu neuronal très fin qui fait partie du système nerveux central, de 0,1 à 0,5 mm d’épaisseur organisé en 10 couches de cellules.
Après avoir étudié la structure de l’œil au niveau macroscopique nous allons maintenant nous attacher à l’étude moléculaire de la rétine.

1/ Les photorécepteurs : cônes et bâtonnets :

La conversion de la lumière en signal nerveux compréhensible pour le cerveau s’effectue dans des cellules spécialisées de la rétine appelées photorécepteurs. Ainsi l’absorption de lumière par les pigments de ces photorécepteurs déclenche des perturbations cellulaires qui assurent la conversion de l’énergie lumineuse en signaux électriques.
Les photorécepteurs sont formés de 4 parties :

  1. un segment externe,
  2. un segment interne,
  3. un corps cellulaire et
  4. une terminaison synaptique.

Le segment interne est formé d’un empilement de disques enchâssés dans la membrane de la cellule. C’est sur ces disques que se trouvent les pigments sensibles à la lumière. C’est la forme du segment externe qui permet de distinguer les deux grands types de photorécepteurs : les bâtonnets présentent un long segment externe cylindrique avec de nombreux disques tandis que les cônes ont un segment externe plus court et effilé,avec relativement peu de disques.

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Les cellules en cône et en bâtonnets (doc 3)

Ce plus grand nombre de disques dans les bâtonnets fait en sorte qu’ils sont 1 000 fois plus sensibles à la lumière que les cônes. C’est ce qui explique pourquoi, quand il y a peu de lumière comme la nuit, seuls les bâtonnets contribuent à la vision. Et l’inverse se produit à la grande lumière du jour où se sont les cônes qui sont les plus actifs.

La rétine présente donc une double nature, capable de travailler en basse lumière (vision scotopique) grâce aux bâtonnets et en haute lumière (vision photopique) grâce aux cônes. De plus, il existe une autre différence entre les deux types de photorécepteurs. Les cônes sont sensibles aux différentes couleurs alors que les bâtonnets ne le sont qu’au noir et au blanc (en niveaux de gris).

2/Les pigments dans les photorécepteurs :

Les photorécepteurs sont constitués de deux parties, un segment externe et un segment interne.
Au niveau du segment externe des cônes et des bâtonnets, imbriquées dans la membrane des lamelles se trouvent les molécules interagissant avec la lumière : la rhodopsine, aussi appelée pourpre rétinien (à cause de sa couleur qui tend vers le rouge), dans le cas des bâtonnets, et les iodopsines dans le cas des cônes. Ces pigments visuels sont similaires.
Le segment externe du cône est particulièrement intéressant dans le cadre de notre étude. En effet il résulte de l’empilement de plusieurs centaines de lamelles, elles-mêmes correspondant à des rempilements de la membrane plasmique qui enveloppe le récepteur. C’est au niveau de cette partie du cône, le segment externe, que se produit l’interaction avec la lumière ; les molécules impliquées, les iodopsines, sont présentes dans la membrane des lamelles.
La iodopsine, est l’union de deux molécules qui sont le rétinal et l’opsine, toutes deux étant essentiellement pour la vision des couleurs.
Le système des cônes est un système à haute résolution mais sa sensibilité est limitée. En 1967, un biologiste nommé Tornita enregistre l’activité électronique de 142 cônes de carpe ; ceux-ci sont éclairés par des éclairs de lumière monochromatique dont il fait varier la longueur d’onde entre 400 nm (violet) et 700 nm (rouge). Il remarque que certains cônes ont une réaction électrique maximale quand ils sont éclairés avec des radiations bleues, d’autres ont une sensibilité maximale avec des radiations vertes, et une troisième catégorie qui présente une réponse maxima le pour les radiations rouges. Ces résultats semblent indiquer l’existence de 3 sortes de cônes. D’autres biologistes ont également pu mettre en évidence 3 sortes de cônes dans la rétine humaine, ayant une absorption maximale dans le bleu violet, plus exactement à 420 nm, la deuxième dans le vert à 530 nm et la troisième à 565 nm, dans le jaune rouge. Ces résultats seront confirmés par l’extraction de trois sortes de pigments de cônes de rétine humaine : un pigment sensible au bleu, le deuxième sensible au vert et le troisième sensible au rouge. Ces spécificités ont permis de classer les cônes humains en trois catégories.

Longueur d'onde des Photorecepteurs (doc 4)

Longueur d’onde des Photorecepteurs (doc 4)

Les spectres d’absorption de chacun des trois types de cônes se superposent partiellement : une lumière colorée donnée est donc plus ou moins absorbée par plusieurs types de cônes. Par exemple si les cônes rouge et vert sont stimulés simultanément nous percevrons une couleur jaune ou orange selon la population de cônes la plus fortement stimulée.
C’est donc l’activité relative des trois ensembles de cônes qui diffère selon les stimulus lumineux de différentes longueur d’onde et qui rend l’oeil humain sensible à des milliers de nuances . On les distingue donc selon la lumière colorée la mieux absorbée par leurs opsines. Ils diffèrent par leur molécule d’opsine qui contient un nombre variable d’acides aminés.
Les trois types de cônes de chez l’homme sont les suivants :
A Les cônes « S » comme « Short Wavelenght » ou courtes longueurs d’onde. Elles contiennent en majorité le pigment sensible au bleu et ont une réaction maximale à 420 nanomètres (iodopsine S).
A Les cônes « M » (« Médium Wavelenght » ou moyennes longueurs d’onde) qui présentent une sensibilité au vert et ayant une réaction maximale à 530 nanomètres (iodopsine M).
A Les cônes « L » (« Long Wavelenght » ou grandes longueurs d’onde) pour la sensibilité rouge qui donne un mouvement maximal des synapses à 565 nanomètres (iodopsine L).
Tous les pigments des cônes absorbent la lumière, entraînant une modification des propriétés électriques de la cellule (changement de polarisation).


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