Mécanisme de la vision : Lien Œil/Cerveau
Le système de fonctionnement de l'œil peut s'apparenter au sytème d'un appareil photo. L'œil transforme l' information lumineuse en information chimique, pour pouvoir l'envoyer au cerveau.
La fonction de l'œil est de recevoir et de transformer les vibrations électromagnétiques de la lumière en influx nerveux qui sont transmis au cerveau.
Dans le mécanisme de la vision, les rayons lumineux pénètrent dans l’œil par la pupille, sont déviés par le cristallin, puis viennent frapper la rétine. C’est ensuite un processus chimique qui envoie un message par le nerf optique, au cerveau.
Celui-ci interprète les informations par une sensation de couleur ou de luminosité.
Comment la rétine transforme-t-elle l’information lumineuse en information chimique ?
La lumière traverse l'œil pour finalement atteindre la fine couche de cellule qui en tapisse le fond : la rétine.
C'est là que tout se passe! La rétine de l’œil est constituée de deux types de récepteurs, les cônes et les bâtonnets. Ils détectent la lumière grâce à une réaction photochimique.
Les bâtonnets sont au nombre d' 1 milliard. Ils sont capables de détecter une lumière de toute (voir faible) intensité mais n'ont pas pour rôle de différencier les couleurs.
Les cônes sont de l'ordre de 3 millions; ils ont une sensibilités 100 fois plus faible que les bâtonnets. Ils n’agissent qu’en lumière intense et permettent de distinguer les couleurs puisqu’ils sont composés de trois catégories de cellules absorbant sélectivement le rouge, le vert ou le bleu.
Isomérisation photochimique et processus de la vision
Rappels:
Une réaction photochimique : Les réactions qui se déroulent sous l'action de la lumière sont appelées réactions photochimiques. Plus précisément, on peut appeler "photochimiques" toutes les réactions dans lesquelles l'énergie nécessaire à leur déclenchement ou à leur déroulement parvient au système chimique sous forme d'ondes électromagnétiques des domaines visible, UV et plus rarement IR.
Un isomère : Des stéréo-isomères (ou isomères de configuration) sont des composés de même formule brute, mais qui diffèrent seulement par la disposition des atomes dans l'espace. Les stéréo-isomères correspondent à des configurations différentes et ne possèdent pas les mêmes caractéristiques physiques ou chimiques.
L'isomérie en (Z) ou (E): La stéréochimie (E) ou (Z) est due à une double liaison carbone-carbone. Ce phénomène s'appelle une stéréo-isomérie géométrique.
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la configuration Z caractérise les isomères dont les groupes prioritaires sont du même côté du plan formé par la double liaison (et perpendiculaire au plan de la molécule). L'abréviation Z vient de l'allemand zusammen qui signifie « ensemble » ;
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la configuration E caractérise les isomères dont les groupes prioritaires sont du côté opposé l'un de l'autre par le plan formé par la double liaison. Le terme E vient de l'allemand entgegen qui signifie « opposé ».
Le processus de la vision s'explique par une réaction dite "isomérisation photochimique" Nous allons voir par la suite comment se déroule cette transformation chimique et quel phénomène particulier elle engendre.
L'isomérisation photochimique se déroule en plusieurs étapes.
La première étape est l'oxydation du rétinol (c'est l'une des trois formes de la vitamine A). Le rétinol peut être oxydé en rétinal grâce à un oxydant chimio sélectif. Le rétinal possède une stéréochimie (E). Il peut être isomérisé, sous l’action d’une enzyme, en néorétinal de stéréochimie (Z).
La deuxième étape consiste à la formation de la (Z)- Rhodopsine. Au niveau des récepteurs de l’œil (cônes et bâtonnets), le néorétinal s’associe avec une protéine appelée opsine pour former la (Z) rhodopsine sensible à la lumière.
La sensibilité particulière des cônes à la lumière est due à trois formes légèrement différentes d’opsines pouvant absorber des longueurs d’onde différentes.
La troisième étape est, elle, la formation de la (E)-rétinal. Sous l’action de la lumière, la (Z)-rétinal peut s’isomérisé pour donner l'isomère (E). Cette transformation importante de la structure déclenche un signal, sous forme d’influx nerveux, qui est envoyé au cerveau par le nerf optique.
La quatrième et la dernière étape est le retour en néorétinal de stéréochimie (Z). La (E)-rhodopsine est instable et se sépare de l’opsine. Le rétinal se retransforme ailleurs en néo rétinal qui peut à nouveau s’associer à une nouvelle molécule d’opsine et attendre la radiation lumineuse suivante.
L'isomérisation photochimique peut donc être représentée sous forme de cycle
Ce que nous venons de voir est très important pour la suite; en effet, le fait que le processus qui entraine la vision puisse être représenté sous forme d'un cycle est important; cet ensemble répétitif et incessant nous amène à aborder le sujet de la persistance rétinienne.
Cycle de la Vision, processus photochimique
La persistance rétinienne
La persistance rétinienne fut observée pour la première fois par Léonard de Vinci pendant la Renaissance. Ce célèbre savant ne put cependant prouver ce phénomène, et ce fut le chimiste et physicien britannique Michael Faraday qui le démontra en 1825.
La persistance rétinienne est une capacité de l’œil qui consiste en une mémoire immédiate de l’image observée. Cette mémoire est très rapide, elle dure un douzième de seconde.
La persistance rétinienne est due à la composition de la rétine. En effet, au niveau de notre rétine, l’œil possède une couche de cellules photosensibles. Elles possèdent une substance qui se dégrade à la lumière, produisant ainsi une image, puis se régénèrent avant d’être de nouveau dégradées pour une nouvelle image. Cet ensemble de cellules photosensibles se nomme le pourpre rétinien (ou rhodopsine). Mais le pourpre rétinien se reforme très vite, en un douzième de seconde, et c’est durant ce temps que la rétine garde une mémoire de l’image. Celle-ci reste imprimée sur la rétine. Ce phénomène est renforcé si l’image observée est lumineuse.
C'est ainsi que sont crées plusieurs illusions d'optiques, notamment l’illusion cinématographique. La persistance rétinienne est en effet à la base de l’invention du cinéma et des dessins animés.
