PARTIE 4 : L’ŒIL

CH9 CERVEAU ET VISION

I. LA PERCEPTION VISUELLE :

Classe : 1ère S

durée : .........................

la situation-problème

Expliquer que la perception visuelle est une construction cérébrale et l’apprentissage et la

mémorisation en lien avec la maturation des systèmes cérébraux?

le(s) support(s) de travail

Site de référence : Les SVT et moi,

le(s) consigne(s) donnée(s) à l’élève

Dissection

dans la grille de référence

les domaines scientifiques de connaissances

• Le vivant.

Pratiquer une démarche

scientifique ou

technologique

les capacités à

évaluer en situation

les indicateurs de réussite

• Observer, rechercher et organiser les informations. • Réaliser, manipuler, mesurer, calculer, appliquer des

consignes. • Raisonner, argumenter, démontrer. • Communiquer à l’aide de langages ou d’outils scientifiques ou technologiques.

Identifier des aires corticales activées lors de la perception visuelle à partir

d’imagerie fonctionnelle cérébrale.

Exploiter des exemples de perturbation de la perception visuelle.

La construction de la perception visuelle nécessite l’intervention coordonnée de plusieurs aires corticales visuelles spécialisées (traitant les formes, les couleurs et les mouvements) et de la

mémoire. Les aires corticales sont déterminées

génétiquement mais leur plasticité permet l’apprentissage et la mémorisation.

dans le programme de la classe visée

les connaissances les capacités

Plusieurs aires corticales participent à la vision.

L’imagerie fonctionnelle du cerveau permet d’observer leur activation lorsque l’on observe des formes, des mouvements. La reconnaissance des formes nécessite une collaboration entre les fonctions visuelles et la mémoire. La mise en place du phénotype fonctionnel du

système cérébral impliqué dans la vision repose sur des structures cérébrales innées, issues de l’évolution et sur la plasticité cérébrale au cours de l’histoire personnelle. De même la mémoire nécessaire par exemple à la reconnaissance d’un visage ou d’un mot repose sur la plasticité du cerveau.

L’apprentissage repose sur la plasticité cérébrale. Il nécessite la sollicitation répétée des mêmes circuits

neuroniques.

Exploiter des données notamment expérimentales

pour comprendre qu’une image naît des interactions entre différentes aires du cortex cérébral. Recenser, extraire et organiser des informations pour comprendre le phénomène de plasticité cérébrale et son importance dans l’établissement de différentes fonctions cognitives.

Interpréter des expériences sur la maturation du cortex visuel chez l’animal. Interpréter des observations médicales et/ou des imageries cérébrales chez l’Homme.

les aides ou "coup de pouce"

apport de savoir-faire :

mots clés Cristallin, Lentille vivante, Transparence, souplesse

les réponses attendues voir bilan fin d’activité :

Activité : Champs visuels et voies visuelles

Doc 1 : exemple de limite du champ visuel droit

L’œil est immobile fixé sur un point est capable de détecter des stimuli visuels.

Le champ visuel est séparé en 2 parties : Champs

nasal et champ temporal.

Doc 2 : Les voies nerveuses, de la rétine

au cerveau

Limite du

champ de l’œil

droit

Limite du champ

de l’œil droit

Limite du champ de

l’œil gauche

Limite du champ

de l’œil gauche

Champ visuel

commun aux 2

yeux

A B

C

D

Correction activité les champs visuels et voies visuelles

Au niveau du chiasma optique, seules les fibres nerveuses qui transportent les informations des champs visuels temporaux se croisent. Donc chaque cortex visuel

reçoit les informations issues du champ visuel nasal d’un œil et les informations issues du champ temporal de l’autre œil. Les parties droites de chaque champ visuel sont

donc analysées par le cortex gauche et vice versa.

droit Cortex visuel gauche

synapse

s

Zone de

croisement

des voies

nerveuses

Cortex visuel primaire, aire

cérébrale spécialisée

Fibres nerveuses

transportant les info.

relatives aux champs

visuels droits de chaque

œil.

Fibres nerveuses

transportant les info.

relatives aux champs

visuels gauches de

chaque œil.

Vision binoculaire est

donnée par la

superposition des

champs visuels de l’œil

droit et de l’œil gauche. Champ visuel de l’œil droit

Champ visuel de l’œil gauche

Champ visuel de l’Homme

voies visuelles

A B

C

D

A, B, C, D : sections

œil droit œil gauche

nerf optique

chiasma

corps genouillé

latéral

cortex visuel

A

B

C

D

champ visuel perçu /

œil gauche

champ visuel perçu

/ œil droit

Je commence à voir

avec l’œil gauche Je commence à voir

avec l’œil droit

Je vois

Netteme

Je commence à voir avec l’œil

droit

Je commence à voir avec l’œil gauche

Champ visuel de l’œil gauche

Champ visuel de l’œil droit

Mon champ visuel

Activité : les aires visuelles. Doc 1 : L’encéphale est formé de plusieurs parties : le cerveau, le cervelet et le bulbe

rachidien. Le cerveau comporte 2 hémisphères cérébraux

qui font apparaître, sur une coupe, une mince couche de matière grise externe, de 2 à 4 mm d’épaisseur: le cortex cérébral.

Le cortex est un assemblage de plusieurs dizaines de milliards de neurones ; ces cellules

interconnectées entre elles grâce à des synapses, forment un réseau extrêmement complexe.

Le cortex est marqué par des circonvolutions limitées par des sillons ou scissures. Certains

sillons, plus profonds, permettent de distinguer des lobes. Chaque hémisphère cérébral est formé d’un

lobe frontal, d’un lobe temporal, d’un lobe pariétal et d’un lobe occipital.

Doc 2 : les aires cérébrales sollicitées par la vision

Doc 3 : illustration bilan

Situation initiale

Autoportraits peints par l’artiste Anton

Räderscheidt après un accident vasculaire

cérébral.

L’artiste a retrouvé ses capacités progressivement

et complètement au bout de 9 mois (en bas à droite)

Qu’est-ce qui permet l’élaboration d’une

perception visuelle, d’une image ?

Imagerie médicale : TEP (tomographie par

émission de positons) permet de localiser les

zones actives du cerveau grâce à leur couleur.

Structure de l’encéphale humain :

L’encéphale est formé de plusieurs parties : le cerveau, le cervelet et le bulbe rachidien. Le cerveau comporte 2 hémisphères cérébraux qui font apparaître, sur une

coupe, une mince couche de matière grise externe, de 2 à 4 mm d’épaisseur: le cortex cérébral.

Le cortex est un assemblage de plusieurs dizaines de milliards de neurones ; ces cellules interconnectées entre elles grâce à des synapses, forment un réseau

extrêmement complexe. Le cortex est marqué par des circonvolutions limitées par des sillons ou scissures.

Certains sillons, plus profonds, permettent de distinguer des lobes. Chaque hémisphère cérébral est formé d’un lobe frontal, d’un lobe temporal, d’un

lobe pariétal et d’un lobe occipital.

Sillon latéral Cervelet Tronc cérébral

L. frontal

L. temporal

L. pariétal

L. occipital

Sillon central

Cortex cérébral

Le rôle des aires

visuelles

L’information est traitée par les différentes aires visuelles situées dans le lobe

occipital, à l’arrière de la tête. Toutes les informations arrivent dans le cortex visuel :

Les aires primaires V1 et V2: il s'agit des zones de vision des contours : elles s'activent dans tous les cas de perception fine et envoie des messages vers les aires

spécialisées :

L'aire V3: rôle dans la perception de la forme L'aire V4: rôle dans le traitement des couleurs avec d'autres régions associées.

L'aire V5: rôle dans l’appréciation des mouvements.

Activité : Plasticité cérébrale

Doc 1 : zones actives du cerveau en fonction du temps lors de la lecture de mots

Les zones actives lors de la lecture sont en rouge et en jaune et sont principalement situées dans l’hémisphère gauche du cerveau : coopération entre les aires

cérébrales : aires visuelles, aires de la mémoire et zones dédiées au langage.

Doc 2 : Utilisation des chaises et de la forme

passage à

Le passage de la forme à la lettre fait intervenir des aires différentes et nouvelles lors de l’apprentissage.

L’apprentissage de la lecture est responsable d’un remodelage profond des

connexions cérébrales et induit une extension des aires de langage et une communication entre les réseaux du langage écrit et parlé.

L’apprentissage et les expériences individuelles modifient continuellement l’organisation corticale. A l’échelle cellulaire cette neuro-plasticité correspond

essentiellement à un remodelage des connexions synaptiques (et non à l’augmentation ou la diminution du nombre de neurones), qui transforme les réseaux

de neurones, donnant une orientation nouvelle à la circulation de l’information.

Bilan : Le cortex visuel primaire, situé dans la partie arrière du cerveau, correspond

aux points d’entrée des messages nerveux issus des photorécepteurs rétiniens. Le cortex est la couche externe des hémisphères cérébraux.

D’autres aires du cortex cérébral participe à la vision : elles sont spécialisées dans la reconnaissance des formes, des couleurs, des mouvements.

La vision résulte de l’intégration des informations issues de ces différentes aires visuelles en interaction avec la mémoire.

La mise en place de la vision repose sur des structures présentes et fonctionnelles dès la naissance, identiques chez tous les individus de la même espèce : elle est le

résultat de l’expression de l’information génétique et est issue de l’évolution. La maturation du cortex s’effectue également sous l’effet de l’expérience individuelle

et de l’apprentissage. En effet, une des caractéristiques du fonctionnement cérébral est sa capacité à se remanier au cours de la vie : c’est ce qu’on appelle la plasticité

cérébrale.

La mémoire repose aussi sur la plasticité cérébrale : elle passe par la sollicitation répétée de circuits neuronaux, ce qui réactive des souvenirs précédents.

PARTIE 4 : L’ŒIL

CH9 CERVEAU ET VISION

II. L’INTERVENTION DE SUBSTANCES CHIMIQUES :

Classe : 1ère S

durée : .........................

la situation-problème

Expliquer le(s) support(s) de travail

Site de référence : Les SVT et moi,

le(s) consigne(s) donnée(s) à l’élève

Dissection

dans la grille de référence

les domaines scientifiques de connaissances

• Le vivant.

Pratiquer une démarche

scientifique ou

technologique

les capacités à

évaluer en situation

les indicateurs de réussite

• Observer, rechercher et

organiser les informations. • Réaliser, manipuler, mesurer, calculer, appliquer des consignes. • Raisonner, argumenter, démontrer. • Communiquer à l’aide de langages ou d’outils scientifiques

ou technologiques.

Des substances comme le LSD, en agissant

au niveau des synapses, perturbent,

parfois de façon définitive, le

fonctionnement des aires cérébrales

associées à la vision.

dans le programme de la classe visée

les connaissances les capacités

Des substances comme le LSD perturbent le fonctionnement des aires cérébrales associées à la vision et provoquent des hallucinations qui peuvent

dériver vers des perturbations cérébrales graves et définitives.

Recenser, extraire et organiser des informations pour comprendre le phénomène de plasticité cérébrale et son importance dans l’établissement de

différentes fonctions cognitives. Interpréter des expériences sur la maturation du cortex visuel chez l’animal.

Interpréter des observations médicales et/ou des imageries cérébrales chez l’Homme.

les aides ou "coup de pouce"

apport de savoir-faire :

mots clés Cristallin, Lentille vivante, Transparence, souplesse

les réponses attendues voir bilan fin d’activité

Activité : La synapse

Doc 1 : vidéo sur la communication neuronale

Doc 2 : électronographie d’une synapse

Le procédé d'électronographie est une technique d'enregistrement d'une image électronique sur une

plaque photographique grâce à une caméra électronique ou un microscope.

Doc 3 : électronographie d’une synapse au repos puis après stimulation

Message nerveux de nature électrique

provenant de la rétine

Message nerveux

de nature électrique

allant au cerveau

= neurotransmetteur Spécifiques aux

neurotransmetteurs

Neurone présynaptique

Neurone postsynaptique

Message nerveux

de nature chimique

Vésicule synaptique

contenant les

neurotransmetteurs

Vésicule synaptique

ayant fusionné avec

la membrane

Entre la rétine et le cortex cérébral, le message nerveux est transmis par des neurones interconnectés : on appelle synapse la zone de connexion entre deux neurones.

Le message nerveux qui circule dans un neurone est de nature électrique mais au niveau de la synapse c’est une substance chimique (appelée neurotransmetteur) qui permet la

propagation du message. La transmission synaptique nécessite que les molécules de neurotransmetteurs se fixent sur des récepteurs spécifiques.

Activité les drogues hallucinogènes : LSD Doc 1 : diaporama sur les effets des drogues :

Les individus en prenant ces drogues voient des choses qui n’existent pas. Le cerveau fonctionne sans l’utilisation des organes sensoriels.

Doc 2 diaporama : L’origine biologique des hallucinations et illusions visuelles. Les hallucinations ont pour origine une modification du message nerveux visuel.

La molécule de LSD, présente des similitudes importantes avec la sérotonine, neurotransmetteur.

Lors de la prise de drogue, les molécules de LSD se fixent sur les récepteurs des éléments postsynaptiques des neurones des voies visuelles. Il en résulte alors la

naissance d’un message nerveux électrique transmis aux autres neurones jusqu’à parvenir au cerveau, où la perception des images peut avoir lieu même

en dehors de tout stimulus visuel perçu par l’œil.

Bilan : Certaines substances chimiques comme le LSD peuvent perturber la vision en se

fixant sur les récepteurs spécifiques à la place des neurotransmetteurs : ils provoquent alors des hallucinations.