Thème 1 : La représentation visuelle (partie 2)

I- Des photos récepteurs jusqu’aux aires cérébrales



A/ Les photorécepteurs


Tout d’abord, les photorécepteurs se situent sur la rétine, qui est parcourue de nombreux vaisseaux sanguins. Il s’agit donc d’un tissu nerveux, qui comprend des neurones sensibles à la lumière : les photorécepteurs. Il existe deux types de photorécepteurs :

- Les bâtonnets, dont le segments externe est de forme cylindrique, fonctionnent à faible luminosité et permettent de voir en nuance de gris. Ils renferment un même pigment : la rhodopsine. Ils permettent également la détection des mouvements et sont donc très sensibles à l’intensité lumineuse. Ainsi, en cas de faible éclairement se sont les bâtonnets qui permettent la vision, malgré une faible acuité.
- Les cônes, dont le segment externe est de forme conique, fonctionnent à forte intensité lumineuse et permettent la vision en couleur. Ils permettent également une vision nette. Il existe trois types de cônes, appelés opsines, qui chacun permettent la vision de longueurs d’ondes différentes (rouge, vert et bleu). C’est pour cela que l’on parle de vision trichromatique. Les cônes de type S sont sensibles à la couleur bleue (courte longueur d’onde), les cônes de type M sont sensibles au vert (moyenne longueur d’onde) et enfin les cônes de type L sont sensibles au rouge (grande longueur d’onde).

Cependant, un seul type de cône ne peut pas être responsable de la vision d’une couleur. En effet, comme nous pouvons l’observer sur le schéma ci-dessous, les spectres des cônes se superposent, ce qui démontre la nécessité de la présence de plusieurs cônes pour la vision d’une seule et même couleur.



Source de l'image : http://svtrenoir.free.fr/documents/SvtRenoir_1S/Chp1_Vision1S_web/res/TP1S_1-4.eWeb/co/TP_Doc2a.html

Les deux types de photorécepteurs sont répartis de manière hétérogène. Effectivement, au niveau de la fovéa (rétine centrale), on trouve seulement des cônes, tandis qu’il y a plus de bâtonnets au niveau de la rétine périphérique, le nombre de cône diminuant progressivement. Au niveau du nerf optique, on ne trouve aucun photorécepteur : il s’agit de la tâche aveugle. Ainsi, la vision est la plus précise au niveau de la fovéa en raison du nombre important de cônes.

L’analyse des séquences nucléotidiques des opsines a permis d’observer une ressemblance entre l’homme et certains primates, partageant un même caractère : la vision trichromatique, caractérisée par la présence de trois gènes codant pour les opsines. Ainsi, plus les ressemblances dans les séquences nucléotidiques sont importantes, plus les la parenté entre les espèces est forte.

Enfin, une altération de ces photorécepteurs peut entraîner des anomalies telles que le daltonisme (incapacité à distinguer certaines couleurs) ou encore l’achromatopsie (incapacité à reconnaître les couleurs et vision par différentes intensités lumineuses).


B/ Le trajet du message nerveux


La vision nous permet de percevoir la forme, les couleurs etc… du monde qui nous entoure. Les informations visuelles permettant cette perception empruntent un chemin précis, permettant l’arrivée des informations jusqu’au cerveau.

Dans un premier temps, les informations sont récupérées par l’œil, au niveau de la rétine qui perçoit les rayons lumineux et le transforme en message nerveux de nature électrique. Ce sont les cônes et les bâtonnets, des cellules photosensibles, qui permettent la conversion de ce message. Ce message nerveux arrive ensuite au niveau du chiasma optique, lieu de croisement entre les nerfs optiques droit et gauche. A ce niveau, des fibres s’entrecroisent et une partie des fibres va dans l’hémisphère opposé. Cela permet à chaque hémisphère (droit et gauche) de recevoir les informations provenant de chacun des deux yeux.


Le message arrive ensuite au niveau d’une zone de relais, les synapses, constituée de neurones séparés par une fente synaptique (de 20 à 30 nm), dont la connexion est permise grâce à des neurotransmetteurs. Dans un premier temps, le message nerveux arrive au niveau de la vésicule présynaptique, provoquant la libération de neurotransmetteurs. Ces derniers vont se fixer sur les récepteurs se trouvant sur la membrane postsynaptique, permettant ainsi au message nerveux d’atteindre le cortex.



Source de l'image : https://www.researchgate.net/figure/Schema-dune-synapse_fig10_281178650

Le message nerveux, après avoir atteint le cortex visuel (partie superficielle du cerveau), situé à l’arrière du cerveau, sera analysé par l’aire visuelle primaire, puis par plusieurs aires cérébrales spécialisées. Ainsi, différentes aires cérébrales travaillent ensemble afin de permettre la vision. Par exemple, l’aire V3 permet la reconnaissance des formes ou l’aire V4 qui permet la perception des couleurs. L’activation ce ces zones peut être visible grâce aux techniques d’imagerie fonctionnelle, afin d’observer et de comprendre l’utilité des zones cérébrales dans diverses situations notamment.

De ce fait, si une partie de du cerveau est endommagée, cela peut perturber la vision de manière partielle ou totale, en fonction de la gravité de la lésion. Par exemple, une personne peut ne plus voir correctement les couleurs en cas de lésion au niveau de l’aire V4. Dans certains cas, les régions cérébrales peuvent se réorganiser de manière différente afin de se réadapter à de nouveaux besoins : on parle de plasticité cérébrale.


C/ Les perturbations chimiques du message nerveux


Il existe certaines substances qui peuvent perturber la vision, provoquant notamment des hallucinations (substances hallucinogènes).
Le LSD est une substance hallucinogène entraînant de nombreux effets, tels que des illusions (formes distendues, lumière intensifiée…), des hallucinations ou encore des flash-back jusqu’ à plusieurs semaines après l’absorption. La particularité du LSD réside dans le fait qu’elle possède une structure similaire à celle des neurotransmetteurs synaptiques (sérotonine). Ainsi, le LSD se substitue à la sérotonine et perturbe de ce fait la transmission du message nerveux jusqu’au cerveau. De plus, les neurotransmetteurs impliqués dans la transmission du message nerveux jusqu’au cerveau participent également à l’acheminement d’autres messages nerveux, ce qui explique l’étendue des symptômes.
En outre, la consommation de ce type de substance entraîne des conséquences graves à long terme, telles que la dépendance ou l’accoutumance, entraînant ainsi la nécessité d’augmenter la quantité de drogue consommée au fil du temps.


II - Couleurs et arts



A/ L’utilisation des couleurs au cours du temps


Au fil du temps, les couleurs ont été utilisées de différentes manière, se modifiant au fil de l’évolution humaine. Effectivement, au paléolithique par exemple on trouvait plusieurs pigments principaux tels que les ocres, la craie ou encore le charbon, qui étaient utilisés afin de peindre sur les parois des grottes. Durant l’Antiquité, on se servait de plantes telles que l’indigotier (bleu) ou encore le curcuma (jaune/orange). Les pigments synthétiques, apparus au XIXème siècle constituent un net progrès dans l’utilisation des couleurs. Plus récemment, au XIXème siècle, l’apparition des colorants permis un essor de la peinture, pour des artistes tels que Monet ou Degas.
Nous pouvons distinguer:

- les pigments, constitués d’éléments insolubles qui sont broyés puis auxquels on ajoute souvent un liant.
- les colorants, solubles et ne nécessitant pas l’utilisation d’un liant.


B/ La perception des couleurs


Dans un premier temps, la couleur d’un objet dépend de sa composition chimique, mais également des conditions d’éclairement dans lequel l’objet se situe. De même, certaines espèces chimiques sont sensibles à la chaleur ou à l’acidité et leur couleur se modifie alors. C’est par exemple le cas du chou rouge, qui change de couleur en fonction du ph, ou encore du sulfate de cuivre anhydre, qui devient bleu au contact de l’eau.

D’après une découverte d’Isaac Newton datant de 1672, la lumière blanche serait constituée de l’ensemble des radiations monochromatiques, c’est-à-dire d’une infinité de lumières colorées. Chaque radiation est caractérisée par une longueur d’onde, celles visibles d’étendant de 400 nm à 750 nm, c’est-à-dire du violet au rouge. Ainsi des milliers de couleurs différentes peuvent être perçues par l’œil humain. Nous pouvons observer le spectre de ces couleurs ci-dessous :



Source de l'image : http://philosophiedessciences.blogspot.com/2015/02/les-couleurs.html

Pour finir, afin d’obtenir de nombreuses couleurs, deux types de synthèse peuvent être réalisés :

- La synthèse additive : il s’agit du mélange des trois types de lumière correspondant aux couleurs primaires. La combinaison de ces trois couleurs permet alors d’obtenir les autres lumières colorées, comme nous le montre le cercle chromatique de la synthèse additive ci-dessous. Ce cercle permet de voir par exemple que la lumière bleue et la lumière rouge donnent de la lumière magenta. Ce type de synthèse est utilisé pour les écrans numériques notamment.



Source de l'image : https://anthonyfructuoso.wordpress.com/2014/03/28/synthese-additive-et-soustractive/

- La synthèse soustractive : il s’agit de retirer certaines parties de la lumière blanche, en utilisant des filtres ou des pigments. Ainsi par exemple, lorsque de la lumière blanche traverse un filtre magenta puis cyan, elle ressortira bleue. Les couleurs y sont inversées en comparaison à la synthèse additive, donc dans ce cas, les trois couleurs primaires sont le cyan, le magenta et le jaune. Un cercle chromatique nous permet également d’observer le résultat de cette synthèse, souvent utilisée dans la peinture ou l’imprimerie.



Source de l'image : https://anthonyfructuoso.wordpress.com/2014/03/28/synthese-additive-et-soustractive/

C/ L’extraction des couleurs


Au cours du temps, afin d’utiliser diverses substances colorantes, notamment dans l’art, les hommes ont développé différents procédés d’extraction. Ces méthodes physico-chimiques diffèrent en fonction de la substance à extraire.
Effectivement, lorsque la couleur à extraire se trouve dans un solide, une macération peut être réalisée : il s’agit de faire tremper l’élément solide dans un solvant à froid. Une infusion, qui consiste à faire chauffer le solvant avant d’y insérer le solide, ainsi qu’une décoction, durant laquelle on fait bouillir le solide et le solvant, peuvent également être réalisées. Ainsi, lorsque l’on cherche à extraire une substance d’un solide, on parle d’extraction solide-liquide.

Lorsque la couleur à extraire se trouve dans une solution aqueuse, une extraction par solvant est réalisée. Pour ce type d’extraction, on utilise un solvant peu miscible avec l’eau, dans lequel l’espèce colorée va facilement se dissoudre. Suite à l’évaporation, on obtient alors la couleur souhaitée. Ainsi, lorsque l’on cherche à extraire une substance d’un liquide, on parle d’extraction liquide liquide.

Enfin, afin d’identifier les espèces extraites grâce à ces différentes méthodes, on peut réaliser une chromatographie sur couche mince (CCM), afin de séparer les différentes espèces chimiques présentes dans la substance colorée.
Cette expérience se réalise à l’aide d’un support solide (papier ou plaque) sur lequel on dépose les espèces à étudier. Cette plaque est alors plongée dans un récipient contenant une petite quantité de solvant. Au bout d’un certain temps, on peut observer les espèces montant par capillarité avec le solvant, et ainsi identifier les différentes espèces présentes dans la substance étudiée.

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