représentation

Cours

Travaux Pratiques

Chapitre 1 en SVT : L'œil, système optique

I : Description anatomique de l'œil (p6 à 8)
A : les 3 enveloppes :
L'œil est limité par 3 enveloppes emboîtées :
=> la sclérotique blanche devenant la cornée transparente,
=> la choroïde noire devenant l'iris de couleur variable et percé d'un trou appelé pupille,
=> la rétine irisée qui ne se prolonge pas vers l'avant mais vers l'arrière en devenant le nerf optique.

B : l'intérieur de œil :
La petite chambre claire à l'avant contient l'humeur aqueuse. La grande chambre noire à l'arrière contient l'humeur vitrée.
Ces 2 chambres sont séparées par l'iris coloré et les corps (ou procès) ciliaires qui sont des muscles tenant le cristallin.
Ce cristallin est formé de cellules transparentes concentriques, sa face avant est aplatie, sa face arrière est bombée.
Les ondes lumineuses traversent les milieux transparents (cornée, humeur aqueuse, cristallin puis humeur vitrée) qui se comportent comme une lentille convergente. Les ondes lumineuses rebondissent sur la choroïde et viennent former une image inversée sur la rétine.

II : Structure de la rétine (p9 à 11)
A : Ses cellules photosensibles (=photorécepteurs) :
L'observation au microscope révèle 3 couches d'apparence granuleuses car riches en noyaux cellulaires. La couche la plus proche de la choroïde regroupe les noyaux de cellules dont le prolongement est en forme de cône ou de bâtonnet. Cette couche contient 6millions de cônes et 125millions de bâtonnets. Ces photorécepteurs ont la capacité de capter des couleurs de longueurs d'onde différentes.
La fovéa est la zone de rétine ne contenant que des cônes (environ 30000). En s'en éloignant, la proportion de bâtonnets devient de plus en plus grande jusqu'à 100% en périphérie.
Au départ du nerf optique, il n'y a pas de photorécepteurs : c'est le point aveugle.
B : Ses cellules nerveuses :
Une autre couche granuleuse à mi-épaisseur de la rétine regroupe les noyaux des neurones bipolaires (=cellules nerveuses à 2 synapses). Une synapse est un point de contact entre une cellule nerveuse et une autre cellule.
La couche granuleuse la plus proche de l'humeur vitrée regroupe les noyaux des neurones ganglionnaires dont une ramification quitte la rétine dans le nerf optique.

SVT

Vidéo : "Notre cerveau nous trompe"
illusions d'optique, nos sens nous mentent, la nature nous trompe
=> La représentation visuelle que nous avons du monde extérieur est le fruit d'une construction cérébrale à partir des signaux lumineux que capte notre œil.
Site: illusions d'optique

logiciel : œil

TP 1a : - Étude anatomique de l'œil par dissection et observation de sa maquette.
- Mise en évidence de la formation d'une image rétinienne dans un œil à sclérotique et choroïde percées (image inversée)

TP 1b : Observation et interprétation d'une coupe microscopique de rétine
- il n'y a pas de cellule photosensible au niveau du départ du nerf optique : c'est le point aveugle (expérience de Mariotte).
- La fovéa est une zone où il n'y a que des cônes, chacun reliés à un seul neurone bipolaire.
- la périphérie de la rétine contient en majorité des bâtonnets reliés par groupe aux neurones bipolaires.

Chapitre 1 en Physique-chimie : Formation des images optiques

Un objet ne peut être vu que s'il émet de la lumière et que celle-ci pénètre dans l'œil. Le cerveau interprète la lumière comme se propageant en ligne droite.
Les milieux transparents permettent la propagation de la lumière.
Une lentille modifie le trajet de la lumière.
Tout rayon optique issu d'un point-objet émerge de la lentille en passant par le point-image correspondant. Image d'un objet étendu.
Éléments caractéristiques d'une lentille mince : centre optique, axe optique, foyer.
Construction géométrique de l'image, d'un petit objet-plan par une lentille convergente.

TP en physique-chimie
- Reconnaître au toucher une lentille mince convergente d'une lentille divergente, par la déviation produite sur un faisceau de lumière parallèle, par l'effet de grossissement ou de réduction des objets (plus une lentille est bombée, plus elle est convergente).
- Notion de foyer image, de distance focale ; détermination de la distance focale d'une lentille convergente ; relation entre distance focale et vergence.
- Obtention d'une image avec une lentille convergente. Taille, position, sens de l'image.
- Observer une image agrandie et non retournée avec une lentille convergente et une lentille divergente.

Chapitre 2 en SVT : La formation des images

I : Fonction des photorécepteurs rétiniens
A : Stimulation (p28)
Un objet est visible s'il émet de la lumière produite ou réfléchie, et si cette lumière atteint l'œil. La lumière ne se voit pas, ses rayons ne sont vus que si des poussières s'illuminent à leur contact.
La représentation visuelle du monde est dépendante de la diversité et des propriétés des cellules rétiniennes. Les photorécepteurs sont stimulés quand les pigments rétiniens absorbent des photons. Il existe 4 sortes de pigments, un pour les bâtonnets et un par type de cône. Un bâtonnet peut contenir 100millions de molécules de rhodopsine : rhodopsine + photon => opsine + rétinal (vit.A).

B : Persistance rétinienne
Si un flash durant moins d'un dixième de seconde stimule la rétine, la sensation correspondante est plus longue : le temps de persistance des images rétiniennes est d'environ de 1/10 de seconde, c'est le temps que met le pigment rétinien à se reconstituer.

C'est grâce à cette persistance que la télévision ou le cinéma sont possibles : nos yeux confondent les images successives : ci-contre, on voit surtout le stylo dans les positions extrêmes pour lesquelles il ralentit afin de s'arrêter puis rebrousse chemin.
Lorsque le stylo est en position basse, les pigments rétiniens sont encore impressionnés par l'image de sa position haute.

C : Vision centrale et vision périphérique (p11, 28, 29)
Dans la région centrale (fovéa), la vision des détails est maximale car chaque cône donne une information transmise séparément. On déplace donc les yeux en lisant pour que les lettres soient nettes. La rétine humaine contient trois types de cônes ; chacun présente un maximum de sensibilité pour une longueur d'onde donnée (graphique). Ils discriminent la vision des couleurs mais ils ne fonctionnent que si la luminosité est abondante, c'est la vision diurne.
En périphérie de la rétine, les informations de plusieurs bâtonnets sont regroupées avant d'être transmises au cerveau. Les images sont assez flous mais les mouvements sont bien perçus. Les bâtonnets fonctionnent en faible éclairement, ils nous font voir en noir et blanc quand les cônes ne sont pas stimulés, c'est la vision crépusculaire.

II : Les voies visuelles
A : Naissance du message nerveux visuel (p28)
La stimulation des photorécepteurs rétiniens par la lumière est à l'origine du processus visuel. Un photorécepteur stimulé excite le neurone bipolaire correspondant par l'intermédiaire de leur synapse commune. Ce neurone crée alors un message nerveux de nature électrique (schéma).

B : les nerfs optiques (p31)
Chaque neurone bipolaire transmet son message au neurone glandulaire correspondant par l'intermédiaire de leur synapse commune. Ce neurone a un de ses replis membranaires qui forme une fibre nerveuse le long de laquelle le message nerveux se déplace. Les messages nerveux véhiculés par les fibres constituant les nerfs optiques aboutissent à un relais cérébral connecté aux aires du cortex visuel occipital. Les nerfs optiques se croisent sous le cerveau au niveau du chiasma, les sensations de œil droit aboutissent à la partie gauche du cerveau et inversement (schéma).

C : l'importance des synapses (p35)
Le message nerveux est transmis d'un neurone à l'autre par des synapses. Elles sont présentes entre les photorécepteurs et les neurones bipolaires, entre les neurones bipolaires et les neurones ganglionnaires, entre les neurones ganglionnaires et les neurones du cerveau.
Au niveau d'une synapse, le message nerveux pré-synaptique codé en fréquence de potentiel d'action est traduit en message chimique codé en concentration de neurotransmetteur.
Les molécules de neurotransmetteurs se fixent sur des récepteursde la membrane post-synaptique, ce qui déclenche un flux d'ions donant naissance au nouveau potentiel d'action.

SVT

TP 2a :
-Détermination de champs visuels (ensemble des points de l'espace perceptibles par un oeil immobile) en lumière blanche et en lumière colorée. Le champ de longueurs d'ondes perçues est étroit (de 400 à 800nm). Les faisceaux lumineux forment une lumière blanche (synthèse additive), le mélange en peinture forme du gris (synthèse négative).
-Mise en évidence de l'adaptation aux faibles éclairements (comparaison des cônes et bâtonnets).
- Expérience de persistance des images rétiniennes

TP 2b :- découverte du potentiel de récepteur
- Enregistrement de la propagation de potentiels d'action dans le nerf.
- Observation d'électronographies de synapse (schéma, animation)
- Analyse de film sur le rôle des neurotransmetteurs

Physique-chimie = ch 2 : Œil réduit, défauts et corrections

Éléments optiques constituant l'œil ; formation de l'image sur la rétine et nécessité de l'accommodation.

Punctum proximum et punctum remotum.

Défauts de l'œil.
Principe de correction de ces défauts par association de lentilles minces ou par modification de la courbure de la cornée.

Physique-chimie TP 2 :
- Construction d'un œil réduit avec une lentille convergente et une distance fixe par rapport à un écran.
- Modélisation de l'accommodation du cristallin.
- Détermination approchée du pouvoir séparateur de l'œil.
- Détermination des distances maximale et minimale de vision nette.
- Anomalies de la vision (étude documentaire).
- Construction d'un œil réduit myope, hypermétrope.
- Détermination expérimentale de la longueur de l'œil réduit et corrections optiques.
- Localisation des images formées, avant et après correction.

Physique - chimie = ch 3 : Lumières colorées, couleurs des objets

Déviation des rayons optiques par un prisme.
Domaine spectral de la lumière blanche, IR et UV.
Radiations monochromatiques.

Synthèse soustractive.
Couleur des objets.

Couleurs complémentaires.

Physique - chimie TP 3 :
- Décomposition de la lumière blanche.
- Décomposition de la lumière émise par un filament incandescent à l'aide d'un prisme ou d'un réseau.
- Recomposition de la lumière blanche avec une lentille convergente ou deux prismes. Disque de Newton.
- Filtres colorés, synthèse soustractive. Spectre d'absorption. Rôle de la lumière incidente sur la couleur des objets.
- Prolongements possibles : synthèse additive des couleurs primaires; activité documentaire sur le pointillisme, principe de trichromie pour la TV couleur.

Chapitre 3 en SVT : Le cerveau, exemple d'intégration des signaux

I : Le cortex cérébral
A : Les aires corticales (p30)
Les messages nerveux venant des 2 yeux arrivent dans les corps genouillés latéraux puis gagnent les cortex visuels primaires dans le lobe occipital (schéma). Le droit reçoit les fibres dressant une carte visuelle de la moitié gauche du champ visuel et réciproquement.
Puis ces messages nerveux gagnent les aires visuelles voisines (schéma) qui traitent de façon spécifique des aspects différents du message visuel (couleur, direction du mouvement, reconnaissance des formes). Cette division du travail est caractéristique du fonctionnement cérébral.
D'autres aires corticales participent à l'élaboration de la perception visuelle : le cortex temporal permet la reconnaissance des objets, le cortex pariétal localise les objets dans l'espace ce qui permet leur préhension.

B : les flux d'information (p32, 33, 36)
On appelle perception visuelle les processus qui conduisent les êtres vivants dotés d’un cerveau à se construire une représentation mentale de leur monde intérieur et du monde qui les entoure...
Les différentes aires du cortex visuel échangent en permanence des informations qui permettent une perception visuelle globale des objets. Chaque neurone est en contact avec un grand nombre d'autres neurones. Toutes les informations reçues simultannément sont aditionnées si elles sont excitantes, elles se soustraîent si elles sont inhibantes. Cette sommation des sensations au niveau de chaque corps cellulaire de neurone crée le phénomène d'intégration : la réponse que transmet le neurone (ou son absence) est adaptée à la somme des sensations.
Le résultat de la perception est propre à chacun. Elle dépend de l’état de santé, du niveau d’attention, de l'état émotionnel et du vécu. Les éléments stockés en mémoire vont influencer l’interprétation que l’on se fait du monde et vont compléter la perception par des images et des souvenirs. De plus, des facteurs extérieurs (drogue, médicament...) agissent sur la perception. Toute perturbation du fonctionnement des synapses sous l'action de substances chimiques a des conséquences sur le fonctionnement des neurones.

II : Développement des capacités cérébrales
A : Le déterminisme génétique (p33, 34)
Tous les individus d'une même espèce ont les mêmes gènes : l'organisation générale du cortex visuel est la même pour tous les humains car elles est codée par les gènes. Les chaînes de neurones conduisant les sensations visuelles sont mis en place pendant le développement embryonnaire sous contrôle génétique. Les neurones sont produits en excès, reliés par de très nombreuses synapses.
Cependant le polymorphisme de ces gènes produit des différences : acuité visuelle, seuil de sensibilité, daltonisme...
Donc chaque cerveau est unique, bien que construit sur les mêmes bases anatomiques et fonctionnelles dans une espèce donnée. Seuls les vrais jumeaux, ayant les mêmes informations génétiques, naissent avec leur cerveau identique.

B : Le rôle de l'environnement (p37)
Les neurones mis en place lors de l'exécution du programme génétique deviennent fonctionnels sous l'action des apprentissages et de l'environnement. Dans les semaines qui suivent la naissance, les neurones du cortex s'organisent en colonnes de dominance et la disposition en 6 bandes alternées devient visible. Les neurones et les synapses régulièrement activées persistent, les autres dégénèrent. On imagine l'importance des phénomènes d'intégration qui participent à cette construction cérébrale. Ce vécu personnel est à l'origine de l'organisation des réseaux de neurones corticaux, ce qui fait qu'aucun cerveau ne voit le monde exactement comme un autre, y compris pour les vrais jumeaux !
C'est le phénomène de plasticité : par exemple, la zone de l'aire visuelle traite les informations tactiles ou auditives chez l'aveugle, un enfant qui louche et ne se sert que d'un seul œil devient aveugle pour cet oeil car son aire corticale visuelle est entièrement connectée à l'oeil fonctionnel. Les premiers mois de vie sont une période critique où l'absence de stimulation entraîne une incapacité définitive (expérience).
Cette plasticité cérébrale se réalise par création de nouvelles synapses, création de nouveaux circuits mettant en communication des neurones différents, réaffectation des aires cérébrales peu ou pas utilisées. De plus chez le fœtus et le bébé (moins de 2ans), de nouveaux neurones peuvent être créés.
Cette plasticité permet l'adaptation à la croissance de l'enfant, aux nouvelles conditions de vie, aux apprentissages. Comme la plasticité diminue avec l'âge, ces capacités d'adaptation diminuent aussi.

SVT

TP3 : - Dissection, coloration au vert de méthyl, observation et description d'un encéphale (des milliards de neurones imbriqués dans le cortex ou substance grise; des fibres s'entrecroisant dans la substance blanche).
- Étude de documents d'imagerie cérébrale normale et pathologique => rôle des aires lésées (exemple : lésion de V5 = pas de perception du mouvement).
- Étude d'illusions d'optique.

Physique - chimie = ch 4 : Apparences de la perception visuelle

Le cerveau joue un rôle dans l'interprétation de l'information lumineuse reçue. Il est soumis à des illusions géométriques ou liées au temps.
Le dioptre et la réflexion sont choisis pour illustrer les illusions géométriques ; les expériences de stroboscopie, les illusions liées à la succession temporelle des images.
Dioptre, surface de séparation de deux milieux réfringents.
Réflexion.
Conditions de transmission de la lumière dans un autre milieu réfringent.
Réflexion totale.

Principe d'observation d'un mouvement apparent ou d'immobilité apparente : ralenti, projection cinématographique.

TP4 :
- Déviation d'un pinceau lumineux à la surface de séparation air-eau, par une lame à faces planes et parallèles.
- Étude qualitative de la réfraction (milieux plus ou moins réfringents).
- Observation d'objets immergés dans l'eau, expérience du bâton brisé.
- Mesure approchée d'un indice de réfraction.
- Propagation de la lumière dans un milieu à indice variable.
- Détermination approchée de la durée de persistance des impressions rétiniennes.
- Observation en éclairage strobo-scopique.
- Vision stéréoscopique, illusions d'optique.
- Dessin animé, construction d'un zootrope.
- Disque de Newton.

Ce thème peut constituer une base concrète intéressante pour une approche ultérieure de la différence individuelle de perception du monde en cours de philosophie en classe de terminale L.