La vision des couleurs
Struture de la rétine
Observation microscopique de la rétine
S = sclérotique
C = choroïde
-> = cellules de l'épithélium pigmentaire
Pn = photorécepteurs
B = neurones bioplaires
G = cellules ganglionnaires
F = fibres nerveuses du nerf optique
La lumière traverse les 4 milieux transparents de l'oeil et parvient sur la rétine, une fine membrane transparente qui tapisse le fond de l'oeil.
La rétine est composée de 3 couches cellulaires, des neurones qui laissent passer la lumière (cellules ganglionnaires, cellules bipolaires, cellules photoréceptrices) surmontées d'une couche de cellules pigementaires qui arrêtent la lumière.
Lorsque le rayon lumineux parvient aux cellules photoréceptrices alors les photons excitent les pigments des cônes et des bâtonnets.
L'énergie lumineuse est alors convertie en message nerveux, lequel emprunte un tajet inverse à celui de la lumière, à travers les cellules nerveuses pour aboutir aux fibres nerveuses du nerf optique.
Le message nerveux visuel sera envoyé au cerveau en passant par les voies nerveuses visuelles jusqu'au aires visuelles du cortex cérébral.
1a = cône 4 = cellule amacrine
1b = bâtonnet 5 = cellule horizontale
2 = cellule bipolaire 6 = fibres nerveuses
3 = cellule ganglionnaire 7 = épithélium pigmenté
Le trajet de la lumière dans la rétine
2 sortes de photorécepteurs
A = surface de la rétine
B = coupe transversale de la rétine
1 = photorécepteur en forme de cône
2 = photorécepteur en forme de bâtonnet
2 zones dans la rétine
On distingue la rétine "CENTRALE" et la rétine "PERIPHERIQUE".
Rétine centrale à 0° d'excentricité donc dans l'axe optique.
Rétine périphérique de 0 à 80° à droite et à gauche de l'axe optique.
On observe que la densité des photorécepteurs n'est pas la même dans ces 2 zones, comme le montre le document suivant :
Au niveau de la rétine "CENTRALE", à 0° d'excentricité, la densité des photorécepteurs en cônes est maximale, cette zone particulière correspond à la FOVEA.
Au niveau de la rétine "PERIPHERIQUE" la densité des photorécepteurs en cônes diminue brutalement, d'autant plus qu'on s'éloigne de l'axe optique, vers 10° d'excentricité il n'y a presque plus de cônes. Au contraire les bâtonnets sont plus présents dans la rétine périphérique.
La "tâche aveugle" (ou "point aveugle") située entre 10 et 20° à droite de la fovéa correspond au départ du nerf optique, à cet endroit il n'y a aucun photorécepteur.
Des différences d'acuité visuelle
La rétine centrale correspond à la zone de la fovéa, sa grande richesse en cônes permet une excellente acuité visuelle (grande netteté de l'image). Les cônes sont beaucoup moins sensibles que les bâtonnets, ainsi il ne régissent qu'à partir d'un certains seuil de luminosité. Ils assurent la vision des couleurs et la vision "diurne".
Pour augmenter la quantité de lumière lorsqu'il y en a peu, l'oeil adapte sa pupille, à la manière d'un diaphragme, le diamètre de la pupille s'élargit, laissant pénétrer le maximum de photons.
Au contraire la rétine périphérique contient essentiellement des bâtonnets, l'acuité y est faible, mais ces cellules sont beaucoup plus sensibles à faible intensité lumineuse, ainsi elles permettent la vision "crépusculaire" et en noir et blanc.
Les photorécepteurs et leur pigments
Chaque cellule photoréceptrice possède des pigments plus ou moins sensibles à certaines longueurs d'ondes.
Les pigments sont constitués d'une partie non protéique : le rétinal et d'une partie protéique : l'opsine.
Le graphique ci-dessous montre le seuil de sensibilité des photorécepteurs de l’œil en fonction de la longueur d’onde. Le seuil de sensibilité correspond à l’éclairement minimal provoquant une réponse.
Pour le réaliser, les photorécepteurs (cônes et bâtonnets) ont été soumis à des lumières de longueurs d’ondes différents. Pour chaque longueur d’onde, ils ont reçu d’abord un éclairement (mesuré en lux) faible, puis de plus en plus fort.
Les bâtonnets ont un seuil de sensibilité nettement inférieur à celui des cônes, on note qu'ils régissent à une intensité lumineuse de seulement 1Lux (cas d'une nuit de pleine lune) tandis qu'il faut au moins 1000 Lux pour activer des cônes. Cela explique pourquoi on ne voit pas les couleurs dans des conditions de faible luminosité, seuls les bâtonnets sont mis en jeu.
Selon le pigment synthétisé par la cellule photoréceptrice la plage de longueurs d'ondes absorbées est différente.
Tous les bâtonnets contiennent la même protéine = la rhodopsine, ayant un maximum d'absorption à 498nm
On distingue 3 sortes de cônes :
Cônes S (Small) absorbent un maximum de lumière à 437nm,
donc une courte longueur d'onde correspondant au BLEU.
Cônes M (Médium) maxi : 533nm, correspondant au VERT
Cônes L (Large) maxi : 564nm, correspondant au ROUGE
L'oeil humain est capable de percevoir des longueurs d'ondes comprises entre 400 et 800nm, ainsi il ne perçoit pas les UV ni les infra-rouges.
L'être humain possède 3 types de cônes on dit qu'il est "trichromate"
grâce aux 3 types de cônes le système visuel humain estcapable de reconstituer toutes les couleurs du spectre, c'est le principe physique de la "synhèse additive" des couleurs.
Pour comprendre le principe cliquez/déplacez l'image ci-dessous ...
A la recherche du "point aveugle"
Le physicien et botaniste français Edme Mariotte a découvert une particularité du champs visuel avec une expérience simple.
On a donné son nom à cette zone de la rétine : la tache de Mariotte ou tache aveugle.
La BD en ligne ci-dessous vous permettra d'en savoir plus avec humour.
Le test qui suit est simple à faire, il fonctionne même avec l'écran de votre ordinateur.
Anomalies de la vision des couleurs
Les opsines sont des protéines codées par des gènes dont on connaît la localisation chromosomique.
Toutes les cellules photoréceptrices possèdent les mêmes gènes mais n'en expriment qu'un seul.
Certaines personnes sont "dichromates", elles ont une altération de la vision d'une des 3 couleurs.
non sensible au rouge = protanopie
non sensible au vert = deutéranopie
non sensible au bleu = tritanopie
Enfin certaines personnes ne voient pas les couleurs, on dit qu'elles sont "achromates" comme sur l'île de Pingelap.
Test d'Ishihara pour savoir si vous êtes daltonien.
Etes-vous capable de lire les chiffres dans chaque cercle ?
les individus présentant des perturbations de la vision des couleurs sont "daltoniens". On a réalisé des études génétiques du chromosome X.
On a remarqué que le nombre d'exemplaires du gène codant l'opsine M peut varier dans l'espèce humaine, de 1 à 9 exemplaires sans conséquence phénotypique.
Les gènes des pigments rétiniens, un produit de l'évolution ...
Matrice des ressemblances pour les gènes des opsines
le % de ressemblance entre les séquences protéiques
L'étude génétique des gènes des pigments rétiniens montre qu'ils se ressemblent beaucoup.
- Les gènes codant les opsines verte et rouge (M et L) présentent de nombreuses similitudes (plus de 20% de similitudes).
- Le gène de l'opsine bleue (S) possède moins de ressemblance mais néanmoins possèdent aussi plus de 20% de similitude.
De tels % de ressemblances ne doivent rien au hasard !
On en déduit que ces trois gènes constituent une "famille multigénique" et qu'ils dérivent d'un gène ancestral commun.
Tous les primates ne sont pas trichromates, en effet certains ne possèdent que 2 opsines.
Ils sont donc dichromates.
L'Homme et certains autres Primates sont trichromates c'est-à-dire que leur vision des couleurs est due à la présence de trois catégories de pigments contenus dans les cônes.
Les singes de l'Ancien Monde (Bonobo, Chimpanzé, Gorille et Macaque) présentent le gène B sur le chromosome 7 et les gènes R et V (codant les opsines rouge et verte) sur le chromosome X.
Mais la plupart des mammifères sont le plus souvent dichromates : leur vision dépend de deux catégories de pigments.
Ainsi les singes du Nouveau Monde (Amérique) possèdent le gène B sur un autosome quelconque et un seul autre gène codant pour une autre opsine sur le chromosome X.
Tous les primates possèdent le gène codant pour l'opsine S (bleue).
C'est donc ce gène qui servira de point de comparaison.
En comparant les séquences de gènes de différentes espèces de primates on pourra établir les relations de parenté.
On suppose que 2 espèces ont un "ancêtre commun" d'autant plus récent que les différences entre les gènes sont faibles.
Matrice des ressemblances pour les séquences protéiques de l'opsine S de plusieurs primates
Comparaison de séquences nucléotidiques et protéiques avec anagène pour l'opsine S
L'ancêtre commun est d'autant plus ancien que le nombre de différences entre les espèces existantes est important.
Les séquences protéiques des opsines bleues du chimpanzé, du bonobo et de l'homme indiquent qu'ils possèdent un ancêtre commun plus récent que celui partagé avec les autres primates.
Seuls l'homme et les singes de l'ancien monde possèdent trois gènes codant les opsines, alors que les singes du nouveau monde ne possèdent que 2 gènes.
La duplication à l'origine des gènes codant les opsines verte et rouge a du avoir lieu après la séparation de la lignée des singes de l'ancien monde et celle des singes du nouveau monde, soit environ entre 40 et 20 Ma.
Les gènes des opsines constituent une famille multigénique et permettent de placer l'homme parmi les primates.
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