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La chimie de la perception

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Introduction :

Les cellules photoréceptrices logées dans la rétine sont responsables de la transformation du message visuel en un message nerveux. La rétine se termine par le nerf optique qui permet de transporter le message nerveux au cerveau. Mais comment se passe ce transport ? Et vers quelle partie du cerveau est dirigé le message nerveux ?

Dans la première partie de ce cours, nous allons voir quelles sont les voies visuelles, puis nous verrons ce que l’on appelle la transmission synaptique. La troisième partie traitera des perturbations chimiques de la transmission synaptique. Enfin, la quatrième partie sera consacrée à la notion de plasticité cérébrale.

Les voies visuelles

Le cerveau est divisé verticalement en deux hémisphères : l’hémisphère droit et l’hémisphère gauche.

On distingue également quatre lobes différents :

  • le lobe frontal qui, comme son nom l’indique, se situe sur la partie antérieure du cerveau ;
  • le lobe pariétal, situé dans la partie postérieure supérieure ;
  • le lobe temporal, sous le lobe pariétal ;
  • et le lobe occipital, situé dans la partie postérieure basse du cerveau.

Schéma du cerveau humain sciences première Schéma du cerveau humain

En regardant une coupe transversale du cerveau, on observe deux parties distinctes :

  • la substance grise, encore appelée cortex cérébral, qui est constituée des corps cellulaires des neurones ;
  • la deuxième partie correspond à la substance banche, constituée de fibres nerveuses qui relient les différentes parties du cerveau.

Coupe transversale du cerveau humain Coupe transversale du cerveau humain

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À retenir

Pour savoir quelle partie du cerveau est impliquée dans le traitement des informations visuelles, on utilise la technique de tomographie par émission de positons ou TEP.

Cette technique permet de visualiser l’activité d’un organe, en marquant d’un traceur radioactif la molécule dont on souhaite quantifier l’activité.

Dans le cerveau, on mesure la consommation de glucose et d’oxygène par les neurones. La zone active a besoin de plus d’oxygène et de glucose, d’où un débit sanguin augmenté. Cela indique que, dans cette zone, les neurones sont en action à ce moment précis.

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Exemple

Regardons les résultats obtenus chez un sujet qui voit une image (à gauche) et chez le même sujet qui entend un son (à droite).

TEP vision et audition sciences première TEP vision et audition

  • Lorsque la personne voit une image, c’est le lobe occipital qui entre en action.
  • Lorsque le même sujet entend un son, c’est au niveau du lobe temporal que l’on enregistre une augmentation du débit sanguin.

Mais comment l’information passe-t-elle de la rétine au lobe occipital en arrière du cerveau ? Quelles sont les voies visuelles ?

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Définition

Champ visuel :

Le champ visuel correspond à la zone de perception totale d’une personne immobile qui regarde droit devant elle.

Chaque œil à son propre champ visuel. Les champs visuels de chaque œil se recoupent pour former le champ visuel binoculaire. Le champ visuel binoculaire correspond à la partie perçue par les deux yeux en même temps. Pour chaque œil, on distingue une vision dite nasale et une vision dite temporale.

Le champ visuel sciences première Le champ visuel

L’étude de lésions à des endroits précis du cerveau permet de mettre en évidence les trajets des messages visuels.

Étude de lésions et mise en évidence des trajets de messages visuels Étude de lésions et mise en évidence des trajets de messages visuels

  • Des lésions au niveau des flèches 1 et 2 entrainent une perception du champ visuel limitée au temporal droit et au nasal gauche.
  • Avec une lésion au niveau de la flèche 3 qui correspond au chiasma optique, c’est-à-dire au croisement des deux nerfs optiques, seuls les champs visuels du côté nasal sont perçus.
  • Enfin, lorsqu’il y a une lésion au niveau du nerf optique droit (flèche 4), le champ visuel droit n’est pas perçu.
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À retenir

Le message nerveux part de la rétine via des neurones ganglionnaires qui passent dans le nerf optique. Au niveau du chiasma optique, les nerfs optiques se croisent. Il y a alors un croisement des neurones ganglionnaires qui poursuivent leur chemin à travers le cerveau.

  • Ce sont les neurones ganglionnaires en relation avec le champ visuel temporal droit et le champ visuel nasal gauche qui vont passer dans la partie droite du cerveau.
  • À l’inverse, ce sont les neurones ganglionnaires en relation avec le champ visuel temporal gauche et le champ visuel nasal droit qui vont passer dans la partie gauche du cerveau.
  • Ce sont donc les fibres issues de la rétine nasale qui s’inversent au niveau du chiasma optique.

Les neurones ganglionnaires entrent en relation avec d’autres neurones qui sont eux en relation avec le cortex occipital au niveau d’une zone appelée le corps genouillé latéral. Le message visuel va alors continuer son chemin jusqu’à parvenir au lobe occipital, responsable de la perception du champ visuel.

Interprétation de l’étude de lésions sciences première Interprétation de l’étude de lésions

La transmission synaptique

Pour que le message visuel chemine de la rétine au cortex occipital, il faut qu’il y ait transmission de ce message de neurones en neurones.

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Définition

Neurones :

Les neurones sont les cellules spécialisées que l’on trouve en grande quantité dans le cerveau. Elles sont responsables de la transmission des messages nerveux.

Les neurones sont constitués d’un corps cellulaire qui renferme un noyau et qui est entouré de petites tentacules appelées dentrites. Le corps cellulaire est prolongé par l’axone qui se termine par une synapse. Le message nerveux est perçu par le neurone au niveau de ses dendrites, il circule vers la synapse en passant par l’axone.

Schéma d’un neurone sciences première Schéma d’un neurone

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Définition

Synapse :

La synapse est la zone de contact entre deux neurones où a lieu la transmission du message nerveux. On parle de transmission synaptique.

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Définition

Neurotransmetteur :

Un neurotransmetteur est une molécule chimique libérée dans la fente synaptique afin de transmettre le message nerveux d’un neurone à l’autre.

Le déroulement de la transmission synaptique

La transmission synaptique La transmission synaptique

  • Le message nerveux est un message de nature électrique. Il se propage le long de l’axone du neurone 1.
  • Le message arrive ensuite au niveau de la synapse du neurone 1. Celle-ci contient des vésicules synaptiques qui renferment des neurotransmetteurs. Ces derniers vont être libérés dans la fente synaptique.
  • Une fois dans la fente synaptique, les neurotransmetteurs sont fixés par des récepteurs spécifiques sur la membrane du neurone 2. Si les neurotransmetteurs sont assez nombreux, cela entraine l’apparition d’un message nerveux de nature électrique dans le neurone 2 qui va se propager jusqu’aux synapses du neurone 2.

Perturbations chimiques de la transmission synaptique

Certaines substances chimiques peuvent altérer et/ou perturber la transmission synaptique. C’est le cas de certaines drogues comme le LSD. On parle de molécules hallucinogènes.

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Définition

Molécule hallucinogène :

Une molécule hallucinogène est une molécule qui modifie la perception.

Ces substances chimiques sont des molécules qui ressemblent fortement aux neurotransmetteurs. Elles vont donc se substituer aux neurotransmetteurs au niveau des fentes synaptiques et entrainer le passage d’un message nerveux qui n’existe pas.

  • Il y a alors hallucination et la personne peut voir des choses qui ne sont pas réelles.

La plasticité cérébrale

Le message visuel voyage de la rétine jusqu’au cortex visuel par les voies visuelles. Cependant, la vision ne se résume pas à une information lumineuse stockée dans un coin de notre cerveau.

La vision s’accompagne d’autres phénomènes cérébraux : le cerveau analyse la donnée visuelle.

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Exemple

Par exemple, lorsqu’on lit une phrase, on voit concrètement les lettres noires dessinées sur la feuille, mais le cerveau va attribuer un sens à ces mots. Il y a alors une coopération entre différentes aires cérébrales.

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Définition

Perception visuelle :

On appelle perception visuelle l’intégration de l’ensemble des informations des différentes aires cérébrales.

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À retenir

La façon dont les aires cérébrales vont coopérer dépend de chaque personne et de son vécu.

  • Une phrase ne va pas donner le même sentiment à deux personnes différentes. Cela résulte du fait que les neurones ne sont pas organisés de la même façon.

Avec le vécu de chaque personne, l’organisation peut changer, le cerveau peut être remodelé. Si on garde l’exemple de la phrase, elle peut ne pas avoir la même signification pour une même personne à différents moments de sa vie.

  • On appelle ce phénomène la plasticité cérébrale.