1ère ES / L Partie Cours Thème 1: Séances 1 à 4 Janvier .
1ère ES / LPartie Cours Thème 1: Séances 1 à 4Janvier 2015REPRESENTATION VISUELLESéances 1 & 2 : DU STIMULUS AU CORTEX VISUEL & LA PERCEPTION DES COULEURSTapissant le fond de l’oeil qui est l’organe pair de la vision, la rétine est un organe / tissu nerveux formé de 3 couches decellules, dont les photorécepteurs, cellules sensibles à la lumière, occupent la couche la plus profonde. Ils sont de 2 types :cônes et bâtonnets, dont la répartition varie en fonction des zones de rétine considérées.A/ échelle du tissu « rétine »On a 2 zones principales :- la rétine centrale ( la fovéa), où il y aessentiellement descônes qui interviennent lors des fortes intensitéslumineuses et qui permettent une bonne acuitévisuelle (vision des détails et des couleurs optimale)- la rétine périphérique (près du nez oude la tempe), où il y a essentiellement des bâtonnets(sensibilité supérieure aux cônes), intervenant auxfaibles intensités lumineuses, qui assurent une moinsbonne perception des détails.L’importance de la rétine et de ses photorécepteursest soulignée par l’existence de pathologies comme :- a/ le décollement de rétine ( images sombres,impression de « voir des mouches », éclairs coloréset détériorations de la vision)- b/ le daltonisme, du à un dysfonctionnementdes cônes altérant la vision des couleurs- c/ la DMLA, Dégénérescence Maculaire Liée àl’Age, où les individus ont une perturbation dela vision centrale (tache noire centrale dans lechamp de vision qui s’agranditprogressivement), perte de vision des détails,impression de manquer de lumière pour lire .- d/ la rétinite pigmentaire altérant la visionquand l’intensité de la lumière est faible (doncles bâtonnets), avec perte de champ visuel.1
- La vision des couleurs se fait aux fortes intensités lumineuses grâce à la présence de 3 types de cônes respectivementsensibles au bleu, au vert et au rouge, qui contiennent chacun un pigment de nature protéique sensible à certaineslongueurs d’onde. Les gènes dirigeant la synthèse de ces pigments appartiennent à une famille multigénique, car ilsprésentent des similitudes dans leur séquence et dérivent d’un même gène ancestral qui a donné naissance à 3pigments spécifiques, suite à des duplications et mutations. La comparaison de la séquence de ces gènes chezdifférentes espèces permet de situer l’Homme parmi les Primates.B/ échelle cellulaire de la couche la plus profonde de la rétine : les photorécepteurs-a/ lesbâtonnets- (95% des cellules de la couche, 120 millions), sont responsables de la vision nocturne, et ne sontsensibles qu'à la différence entre obscurité et lumière, absorbant tous la même gamme de longueursd’ondes. En revanche, ils ont une plus grande sensibilité que les cônes, et sont donc plus adaptés àde faibles quantités de lumière- cellules plus grandes, formant 5% des photorécepteurs, sont responsables de la vision de jour etfont la distinction entre les couleurs, en majorité au niveau de la "fovéa", où la lumière pénètre plusfacilement. La vision est à ce niveau plus précise, plus détaillée et plus sensible aux mouvements- b/ les cônesque sur le reste de la rétine. C'est d'ici que provient la plupart de l'information visuelle arrivant aucerveau. Il y en a 3 types respectivement sensibles au violet/ bleu (cônes bleus), au vert (cônesverts) et au jaune/orangé/rouge (cônes rouges)C/ échelle moléculaire au sein des cônes : les opsinesLes 3 types de cônes sont définis par la possession d’un pigment parmi 3 différents. Ces pigments sont des protéinesappelées opsines.Leur étude comparée chez différentes espèces permet d’affirmer que l’Homme est un Primate (p 35).En effet, les séquences nucléotidiques des gènes R, V & B, codant respectivement les opsines rouges (R), vertes (V) oubleues (B), révèle de fortes similitudes (nombre de bases azotées communes des nucléotides de leur ADN très supérieure à20 %) : on parle de gènes homologues.On considère que les gènes actuels résultent de la duplication de gènes ancestraux dont les séquences ont divergé aucours du temps par suite de mutations (changements au sein des bases azotées des nucléotides de leur ADN) successives.Ainsi, plus le % d’homologie des bases augmente, plus la duplication à l’origine de 2 gènes est récente et inversement. Pourles gènes codant les opsines humaines :- les 96% de similitudes des gènes R & V permet de dire qu’ils sont homologues issu de la duplication récente d’un gèneancestral (apparu avant, plus ancien). Tous les humains ayant ces 2 gènes, cette duplication est antérieure à l’apparitiond’Homo Sapiens.- les 43 % de similitudes entre les gènes B & R, et 44% entre B & V indique que B est aussi apparenté à R qu’à V.2
ces 3 gènes homologues résultent de 2 duplications successives, suivies de mutations ayant permis à leurs séquencesrespectives de diverger par la suite.L’Homme forme un groupe avec d’autres espèces proches de Singes (groupe des Primates) car il partage avec eux lecaractère « possession des 3 gènes R, V et B ».1 Ma 10 6 ans 1 million d’années- Un objet est visible si et seulement s’il émet ou diffuse de la lumière sous forme de rayons captés par l’oeil d’un individu.La vision du monde dépend des propriétés des photorécepteurs de la rétine, 3è couche traversée par la lumière (photons)après 5 grandes couches transparentes (conjonctive, cornée, humeur aqueuse, cristallin et corps vitré) puis la couche decellules ganglionnaires ou multipolaires puis bipolaires.- La rétine d’un oeil, tissu complexe à 3 couches cellulaires, contient des cellules sensibles à la lumière, lesphotorécepteurs (cônes et bâtonnets), absents en un unique lieu appelé tache aveugle, convertissant des messageslumineux ( intensité des photons et longueurs d’ondes) après capture par leurs nombreux pigments identiques(rhodopsine pour les bâtonnets, opine bleue, verte ou rouge pour les cônes) en des milliers de messages de natureélectrique transmis des photorécepteurs aux cellules bipolaires puis ganglionnaires dont les prolongements neuronauxamènent ces messages complexes à un instant t dans le nerf optique de cet oeil.- L'étude comparée des pigments rétiniens (opsines) permet de placer l’Homme parmi les Primates.3
Séance 3 : VOIES ET AIRES VISUELLESA/ Les voies visuelles : de l’oeil au cerveauL'imagerie fonctionnelle du cerveau permet d'identifier et d'observer des aires spécialisées dans la reconnaissance descouleurs, ou des formes, ou du mouvement.B/ Aires visuelles cérébrales et plasticitéLe cortex visuel contient plusieurs aires répondant spécifiquement aux différentes composantes du message du stimulusvisuel.D’autres aires corticales ( du cortex) participent à l’intégration des signaux et à l’élaboration de la perception visuelle :principalement le cortex temporal et pariétal.4
L’imagerie fonctionnelle du cerveau permet d’identifier et d’observer des aires spécialisées interagissant entre elles : V1,aire visuelle primaire ; V2, et intervenant dans la reconnaissance des couleurs (V4), ou des formes (V3, V4) ou desmouvements (V5).Chez l’adulte, cette neuroplasticité se réduit fortement, mais demeure possible. Ainsi, l’apprentissage et les expériences individuelles modifient continuellement l’organisation corticale.A l’échelle cellulaire, cette neuroplasticité correspond à un remodelage des connexions (et non à une augmentation oudiminution du nombre de neurones), transformant les réseaux de neurones, donnant une orientation nouvelle à lacirculation de l’information.Le système nerveux et notamment les connexions entre les neurones varient au cours de la vie. On n’établit jamais plus deconnexions dans sa vie que lors de l’apprentissage de la parole, de l’équilibre de la marche lorsqu’on est dans la petiteenfance. On dit que le cerveau est doué d’une capacité à se réorganiser et à évoluer en permanence : on parle de plasticitécérébrale.1/ Mise en évidence de cette plasticitéLes récepteurs sensoriels en périphérie du corps captent des informations provenant de l’environnement. Ils arrivent auniveau du cortex après avoir franchi les relais intermédiaires. L’ organisation du cortex est déterminée par le génomecaractéristique de l’espèce. Mais des variations individuelles au sein de l’espèce (voir les cerveaux des vrais jumeaux qui nesont pas identiques) suggèrent que la structure du cerveau est aussi modulée par de facteurs environnementaux. C’est la plasticité cérébrale, propriété fondamentale du système nerveux (SN).2/ Les facteurs pouvant modifier l’organisation neuronaleLire est une activité complexe nécessitantun décodage des signaux visuels et uneassociation de ces signes à un sens.L’étude de l’activité du cerveau ( voirl’imagerie IRMf ) au cours de la lecturemontre une coopération entre différentesaires cérébrales qui s’activent (airesvisuelles, de la mémoire et zones dédiéesau langage)L’apprentissage de la lecture estresponsable d’un remodelage profond desconnexions cérébrales : il augmente lesréponses des aires visuelles du cortex,dans la région de l’analyse de la formedes lettres, mais aussi dans l’aire visuelleprimaire. Il augmente aussi les réponsesau langage parlé dans le cortex auditif etinduit une extension des aires du langageet une communication entre les réseauxdu langage écrit et parlé.Chez les analphabètes, l’aire visuelle del’hémisphère gauche qui chez lesalphabétisés décode les mot écrits,répond à la reconnaissance des objets etdes visages. Quand le processusd’apprentissage de la lecture est démarré,il y a diminution de cette fonction danscette région et une migration partiellevers l’hémisphère droit.Chez l’adulte, cette neuroplasticité seréduit fortement, mais demeure possible. Ainsi, l’apprentissage et les expériences individuelles modifient continuellement l’organisation corticale.5
A l’échelle cellulaire, cette neuroplasticité correspond à un remodelage des connexions (et non à une augmentation oudiminution du nombre de neurones), transformant les réseaux de neurones, donnant une orientation nouvelle à lacirculation de l’information.La reconnaissance d’un mot écrit nécessite une collaboration entre aires visuelles, aires de la mémoire et les structuresliées au langage.Séance 4 : SYNAPSES ET LSDA/ Fonctionnement d’une synapseLe message nerveux est un message de type électrique, arrivant auniveau de l’élément pré-synaptique au bout de l’axone, qui se propagerapidement et qui est incapable de franchir la fente qui le sépare duneurone situé juste après.Comment la transmission de l'influx nerveux se produitelle entre deux neurones ?Une synapse est une jonction entre 2 neurones : elle se compose :- d’un élément pré-synaptique (une neurone avec une extrémité contenantdes vésicules remplies de milliers de molécules d’un même messagerchimique appelé neurotransmetteur- d’une fente de 20 à 50 nanomètres- d’un élément post-synaptique (neurone) portant de nombreux récepteursspécifiques du neurotransmetteur au niveau de sa membrane plasmiqueLa membrane du neurone post-synaptique possède de nombreux récepteursspécifiques du neurotransmetteur : la liaison récepteur -neurotransmetteur,par une correspondance partielle de forme, déclenche une cascade deréactions qui peut aboutir à la formation d'un message nerveux électrique auniveau du début de l’axone de ce neurone.Le sens du message est unique : il est unidirectionnel du fait de la présenceunique des vésicules dans la partie pré-synaptique et des récepteurs dans lapartie post-synaptique.élément pré-synaptique fente synaptique élément post-synaptique1/ arrivée d’un message nerveux2/ entrée de calcium dans la cellule (Ca 2 )3/ migration grâce à de l’énergie des vésicules à neurotransmetteurs vers la membrane présynaptiqueL’influx nerveux pré-synaptique est doncconverti en un message de typechimique, ce message étant à nouveaului-même converti par l’élément postsynaptique en un message électrique etpropagé par sa fibre nerveuse jusqu’à saterminaison.4/ fusion vésicules / membrane plasmique et libération des neurotransmetteurs dans la fente(phénomène d'exocytose de sortie de la cellule)5/ fixation des neurotransmetteurs aux récepteurs membranaires post-synaptiques spécifiquesà ces neurotransmetteursremarque : un neurotransmetteur peut être excitateur ou inhibiteur du neurone post-synaptique6/ dégradation après quelques minutes des neurotransmetteurs de la fente par des enzymesspécifiques pour finir une transmission d’un message et permettre un autre message quelquespeu aprèsremarque : il y a recapture possible pour certaines synapses de ceux-ci pour recyclage dans les vésiculespré-synaptiques7/ si un seuil d’excitation est dépassé après analyse par son noyau de l’ensemble desmessages chimiques excitateurs et inhibiteurs reçus de toutes les synapses qu’il engage avecde très nombreux neurones parmi lesquels celui de notre synapse étudiée par son noyau,naissance d’un message électrique dans le neurone post-synaptique6
élémentnature dumessagemode du messageaxone duneurone présynaptiqueélectriquecodage en modulation de fréquence de signauxsynapsechimiquequantité de existe si seuil d’activation franchi (sommation des signaux reçus excitateurs et inhibiteurs audelà de ce seuil)B/ Les perturbations chimiques de la perception visuelle ; action des drogues hallucinogènes(exemple du LSD)Les drogues ( psychotropes) exercent leurs effets au niveau du système nerveux. Plus précisément, elles perturbent latransmission du message nerveux au niveau des synapses.Quel est le mode d'action des substances hallucinogènes sur la perception visuelle ?Les substances hallucinogènes sont des substances psychotropes qui provoquent des hallucinations, c'est-à-dire destroubles de la perception avec une sensation de voir des objets, formes ou personnes qui n’existent pas. Le consommateurpeut avoir des illusions visuelles, une vision déformée de ce qui l’entoure : couleurs, reliefs, perspectives, et mouvements,qui peuvent être très différents de la réalité.Les hallucinations ont pour origine une modification du message nerveux visuel.L'ergot de seigle est un champignon parasite de la farine de seigle, produisant une substance à l'origine de l'acideLySergique Diéthylamide, plus connu sous l'abréviation LSD. Le LSD a été synthétisé pour la 1ère fois en 1938 par AlbertHofmann. Après s'être intoxiqué accidentellement, il décide de s'administrer la molécule pour en étudier les effets.La molécule de LSD, par exemple, présente des similitudes de forme dans l’espace avec la sérotonine, neurotransmetteurendogène de l’organisme.Ainsi, en cas de prise, les molécules de LSD se fixent sur les récepteurs spécifiques membranaires à la sérotonine deséléments post-synaptiques des neurones qui relaient l'information visuelle entre la rétine et le cortex visuel, d’où lanaissance d’un message électrique transmis jusqu’au cerveau, où la perception d’images peut avoir lieu en-dehors de toutstimulus visuel réellement perçu par l’oeil. D’une façon générale, toutes les substances perturbant la perception visuelleagissent en modifiant l’activité des synapses des voies visuelles, en altérant la transmission des messages nerveux à leurniveau.Quelles sont les conséquences de l'utilisation de drogues sur le fonctionnement général del'organisme ?7
Les dangers liés aux drogues hallucinogènes comme le LSD sont :- 1/ à la 1ère prise, un « bad trip », expérience très négative avec crise de panique jusqu’à des envies suicidaireset des troubles psychotiques à la diminution des effets (la « redescente »)- 2/ des dommages neurologiques possibles, irréversibles- 3/ des accidents psychiatriques graves (délires psychotiques) et durables, comme des bouffées délirantes aiguës, dessituations où l’individu peut être dangereux pour les autres et lui-même (violence, suicide .)- 4/ plusieurs semaines après l’arrêt, des conséquences possibles à moyen terme : état dépressif, phobique ou anxieux, des« flash-back » (retours hallucinatoires)La perception repose sur la transmission de messages nerveux, de nature électrique, entre neurones, au niveau desynapses, par l’intermédiaire de substances chimiques : les neurotransmetteurs.Certaines substances hallucinogènes perturbent la perception visuelle. Leur action est due à la similitude de leur structuremoléculaire avec celle de certains neurotransmetteurs du cerveau auxquels elles se substituent.Leur consommation entraîne des troubles du fonctionnement général de l’organisme, une forte accoutumance ainsi quedes « flash-back » imprévisibles.8
1ère ES / L Partie Cours Thème 1: Séances 1 à 4 Janvier 2015 REPRESENTATION VISUELLE 1 - La vision des couleurs se fait aux fortes intensités lumineuses grâce à la présence de 3 types de cônes respectivement sensibles au bleu, au vert et au rouge, qui contiennent chacun un pigment de nature protéique sensible à certaines .
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