Title: Psychophysiologie sensorielle : la vision 1
1Psychophysiologie sensorielle la vision (1)
2Objectifs du cours
- Détailler (schématiquement) léquipement
biologique qui permet la vision humaine - Montrer le lien entre des caractéristiques du
système visuel et des phénomènes perceptifs - Montrer que toute perception est une
reconstruction qui dépend des propriétés du
système visuel
3Le stimulus la LUMIERE
A la fin du XIXe siècle, James Maxwell définit la
lumière comme étant un faisceau d'ondes
électromagnétiques se déplaçant à vitesse
constante dans le vide la fameuse vitesse c de
300.000 kilomètres par seconde.
La lumière a aussi une définition corpusculaire
ou quantique ce sont des électrons (photons) qui
se déplacent. Elle est caractérisée par sa
longueur donde (tonalité chromatique), sa pureté
(saturation) et son intensité (luminosité).
4Lumière et couleur sont des sensations
- La lumière est létendue des fréquences du
spectre électromagnétique visibles pour lhomme
(380 720 nm) - De nombreuses espèces animales voient dans
lultraviolet (abeille, libellule, python,
oiseaux etc.), mais ne voient pas les longueurs
dondes longues (rouge) - Certaines espèces sont équipées de récepteurs
dinfrarouge (serpents à sonnette) - Pour voir la couleur, il faut plusieurs types de
récepteurs sensibles à différentes longueurs
donde. Certaines espèces en ont deux, dautres
trois, dautres quatre, voir cinq ! On ne peut
pas comparer lexpérience perceptive despèces
qui ont un équipement biologique différent.
5- Les stimuli visuels sont des distributions
spatiales et temporelles de longueurs donde et
de luminance (intensité). - Les récepteurs de la rétine captent les photons
et par des mécanismes photochimiques génèrent des
potentiels de récepteur (transduction)
6Lil et la rétine
http//webvision.med.utah.edu/index.html
7Structure de la rétine
Récepteurs bâtonnets, cônes cellules
horizontales Cellules bipolaires cellules
amacrines Cellules ganglionnaires
lumière
8Défauts optiques de loeil
il normal il myope
il hypermétrope Image formée
Image formée
Image formée sur la rétine
en avant de la rétine en arrière de la
rétine
Les corrections optiques (lentilles) servent à
ramener limage dans le plan de la rétine, et à
corriger les défauts de sphéricité du cristallin
(astigmatisme)
9Les récepteurs rétiniens
La rétine des primates contient deux sortes de
récepteurs qui ne sont pas répartis de manière
homogène en fonction de lexcentricité rétinienne
- 6 millions de cônes dont la densité est
maximale au centre de la fovéa vision
photopique trois types de pigments
120 millions de bâtonnets absents de la
fovéa densité maximum 20 un
seul pigment rhodopsine
10Traitement des longueurs donde Perception des
couleurs
Physiquement la lumière comporte différentes
longueurs donde Pour que celles-ci donnent lieu
à une perception de la couleur, le système visuel
doit posséder plusieurs types de récepteurs.
Chaque type absorbe préférentiellement
différentes gammes de longueur donde.
En vision scotopique (bâtonnets) nous ne
percevons pas les couleurs.
Mollon Proc. Natl. Acad. Sci. 1999, 96, 4743-45
11Différents types de récepteurssensibilité
différentielle à la longueur donde
Absorption relative des différentes longueurs
donde
bâtonnets
cônes
12Vision trichromatique
Toutes les couleurs sont obtenues à partir de 3
primaires
Mélanges additifs (lumières) Les 3 primaires
correspondent aux longueurs dondes donnant lieu
au maximum dabsorption
Rouge Vert Bleu
13Vision trichromatique
Mélanges soustractifs (surfaces) Une surface
absorbe certaines longueurs donde et en
réfléchit dautre sa copuleur apparente
correspond aux longueurs donde réfléchies
Cyan Magenta Jaune
14Sensibilitéà lintensité lumineuse
- Les cônes 64 rouges, 32 vert et 2 bleus.
Dans la fovéa, seulement 2 des cônes bleus. - Les bâtonnets, absents de la fovéa, sont plus
sensibles aux faibles éclairements
15Convergence
Schéma de la convergence
En vision photopique 6 millions de cônes et 1
millions de cellules ganglionnaires ?
compression La densité des photorécepteurs
diminue avec lexcentricité rétinienne. La
convergence augmente avec lexcentricité
rétinienne
16Acuité visuelle et convergence
Le taux de convergence est dautant plus grand
que lon séloigne de la fovéa. En conséquence,
lacuité visuelle diminue avec lexcentricité
rétinienne
E E E E
Lacuité visuelle mesure le pouvoir de résolution
spatiale
17Champ récepteur dun neurone
- A tous les étages du système visuel, chaque
neurone est connecté à une population de
récepteurs localisés dans la même région de la
rétine son champ récepteur. - Lorsque cette région est stimulée par un petit
flash lumineux, on provoque un changement de
lactivité électrique du neurone. - Selon la position de la stimulation, la réponse
est excitatrice (ON) ou inhibitrice (OFF). Les
cellules ganglionnaires ont des champs récepteurs
circulaires comprenant deux zones concentriques à
activités antagonistes (ON/OFF ou OFF/ON)
18Détermination dun champ récepteur
Activité spontannée
Activité ON ou OFF
0
écran noir
-
stimulation lumineuse
19Champ récepteur ON/OFF
stimulations
carte du champ récepteur
région ON
Région OFF
réponse ON réponse OFF pas de réponse
20Champ récepteur OFF/ON
stimulations
carte du champ récepteur
région ON
Région OFF
réponse OFF réponse ON pas de réponse
21Genèse dun champ récepteur
Le champ récepteur dun neurone est déterminé par
les liaisons convergentes quil entretient avec
les niveaux plus précoces de traitement. Ces
liaisons (synapses) sont soit excitatrices, soit
inhibitrices.
http//www.yorku.ca/eye/recepfld.htm
22LES CELLULES BIPOLAIRES
Synapses activatrices ? ON/OFF
Une stimulation lumineuse provoque une
hyperpolarisation des récepteurs.
Hyperpolarisation
Dépolarisation
Ceux-ci sont liés aux cellules bipolaires soit
par des synapses excitatrices,
Synapses inhibitrices ? OFF/ON
soit par des synapses inhibitrices.
Dépolarisation
Hyperpolarisation
Ce qui génère deux classes de bipolaires centre
ON et centre OFF
Dès les cellules bipolaires, on distingue deux
systèmes clair (centre ON) et sombre (centre
OFF)
23Cellules ganglionnaires (1)
- CG site générateur des potentiels daction
- Morphologiquement 3 types (au moins) a, ß, ?
. Physiologiquement Neurones a grands
champs récepteurs ON/OFF et OFF/ON,
achromatiques
Neurones ß petits champs récepteurs, ON/OFF
et OFF/ON réponses chromatiques vert-rouge
Neurones ? Majorité centre jaune périphérie
bleu
24Cellules ganglionnaires (2)détecteurs de
contrastes spatiaux
Les champs récepteurs des cellules ganglionnaires
sont circulaires et comprennent deux régions
concentriques à activités antagonistes
CR stimuli
optimaux
Soit centre OFF et périphérie ON Soit centre
ON et périphérie OFF
25La grille dHermann-Hering
Les contrastes perçus aux intersections sont
attribués à la variation de la fréquence des
potentiels daction selon les surfaces relatives
des régions ON et OFF des CR.
On perçoit des taches claires aux intersections
de la grille noire des taches sombres aux
intersections de la grille blanche
26Hermann-Hering
La fréquence des potentiels daction est maximale
quand la région ON est entièrement éclairée et la
région OFF totalement sombre.
27Cellules ganglionnaires (3)traitement de la
longueur donde
- Neurones ß petits champs récepteurs, ON/OFF et
OFF/ON réponses chromatiques antagonistes
vert-rouge
- Neurones ? Majorité centre jaune périphérie
bleu
28Contrastes de couleurs
Champs Récepteurs
stimuli Quelle couleur est perçue au centre ?
(BJ-)
29Cellules ganglionnaires (4)comportement temporel
Le stimulus est un réseau de fréquence
spatiale flashé pendant 100 ms Selon la position
du champ récepteur du neurone enregistré par
rapport au réseau, et selon le type de neurone
enregistré, la réponse sera différente Deux
types de neurones a phasique réponse
transitoire ß tonique réponse maintenue
30Cellules ganglionnaires (4)comportement temporel
Neurones ß Neurones a Toniques
Phasiques
31Sensibilité aux contrastes
La fréquence spatiale est le nombre de cycles par
unité dangle visuel
La fréquence spatiale est linverse de la période
période en cm p
distance en cm D
Angle visuel a tg(p/D) a (57.3 . p) / D
1 cycle période en degré
32Contraste
Le contraste LMax luminance maximum L0
luminance moyenne Lmin luminance minimum
C (LMax - Lmin ) / (LMax Lmin )
33Sensibilité aux contrastes
Ces 4 réseaux de fréquence spatiale ont le même
contraste physique. Leur contraste apparent
diminue quand la fréquence spatiale augmente Si
lon diminue le contraste, ils ne seront plus
perçu pour des contrastes différents
34Fonction de Sensibilité au Contraste
La fonction de sensibilité au contraste mesurée
expérimentalement chez un jeune adulte humain
normal a la forme suivante Attention les
coordonnées sont en logarithmes
contraste
Illustration approximative de la limite de
visibilité du contraste en fonction de la
fréquence spatiale
fréquence spatiale
35Fonction de Sensibilité au Contraste
Le seuil de contraste pour la détection dun
réseau de fréquence spatiale varie
curvilinéairement avec la fréquence spatiale
La sensibilité aux contrastes spatiaux résulte de
la taille des champs récepteurs et du nombre de
neurones pour chaque taille
Seuil dacuité
36Sensibilité au contraste selon les espèces
Toutes les espèces animales nont pas la même
sensibilité aux contrastes spatiaux, i.e. ils ne
voient pas le même monde !
Exemple 3 prédateurs, 1 proie (souris grise sur
fond gris) Le déterminant est la distance à la
quelle le prédateur peut repérer sa proie
37Résumé
- Fonctionnellement les neurones a sont
- très sensibles aux changements temporels (réponse
phasique) - - sensibles aux contrastes de luminance
- peu ou pas sensibles aux contrastes chromatiques
- à lorigine de la voie Magnocellulaire
38- Fonctionnellement les neurones ß et ? sont
- - peu sensibles aux changements temporels
(réponse tonique) - sensibles aux contrastes de luminance
- sensibles aux contrastes chromatiques contrastes
Rouge/Vert (ß)contrastes Jaune/Bleu ( ?) - en raison de leur petite taille, les neurones ß
sont plus sélectifs aux fréquences spatiales
élevées - À lorigine des voies parvocellulaire (ß) et
koniocellulaire (?)
39Neurones a ß
? phasique
tonique tonique
ON/OFF OFF/ON
Voies Magnocellulaire Parvocellulaire
Koniocellulaire M
P K