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Activités : mise en évidence des aires visuelles

Proposition de démarches concernant la mise en évidence d'aires cérébrales intervenant dans la vision dans le cadre des programmes de 1ère S, ES/L

Le contexte pédagogique

La participation de plusieurs aires corticales dans la construction d'une image est une notion présente dans le programme de 1ère S et dans le programme de 1ère ES-L.

Au préalable, les élèves auront vu comment une image est captée par l'oeil et ils auront traité l'organisation des voies visuelles.

Il s'agit de comprendre comment les caractéristiques d'une image sont traitées par différentes aires corticales afin que cette image soit perçue avec ses caractéristiques (nature et position des objets, mouvements etc.).

Les caractéristiques  principales sont, pour les élèves de 1ère S, les formes et les mouvements. Pour les élèves de 1ère ES et L, il s'agit des formes, des mouvements et des couleurs.

L'ajout de la couleur pour les élèves de Première S permet de mettre en évidence grâce à des images obtenues par IRM la participation de plusieurs aires corticales (couleur et mouvement) à la vision et de montrer qu'un circuit neuronal similaire préexiste chez chaque personne (couleur).

 

 

Une première approche : l'étude de cas cliniques d'anomalies de la vision renseigne sur les aires cérébrales impliquées - Première S/ES-L

  

 Exemple de consigne à donner à des élèves : à partir de l'exploitation des cas cliniques présentés, mettez en évidence le rôle du cortex dans la vision et identifiez les zones corticales impliquées.

 

 

 

Type d'anomalie constatée Origine biologique de l'anomal

Cécité globale : voir le détail du cas clinique

Au moment de l'admission du patient : cécité complète avec hallucinations visuelles, amnésie antérograde, désorientation spatio-temporelle

A court terme : impossibilité de reconnaître les objets par la voie visuelle (possible par la voie tactile),

                       cécité quasi-complète épargnant deux îlots dans la zone maculaire et le quadrant inférieur gauche,

                         maintien de la capacité à détecter les mouvements, importants troubles de la mémoire,

Au bout de 5 ans : récupération des capacités de reconnaissance des stimuli projetés sur les secteurs les plus centraux de la rétine, absence de reconnaissance des objets présentés ailleurs dans le champ visuel sauf s'ils sont en mouvement, troubles de la mémoire

Hémorragie cérébrale bilatérale en région occipitale dans le territoire des deux artères cérébrales postérieures : infarctus ayant détruit la majeure partie du cortex strié sauf le cortex strié postéro-supérieur de l'hémisphère droit qui a été épargné

voir la lésion (image obtenue par IRM)

 

Perte de vision des couleurs : voir le détail du  cas clinique

Absence de vision des couleurs dans la partie droite du champ visuel binoculaire (la patiente voit le monde "gris" ou "sale"),

réponse correcte aux questions relatives à la couleur des objet (ex: quelle est la couleur du sang?),

trouble d'alexie sans agraphie (elle peut écrire une phrase grammaticalement complexe mais est incapable de la relire).

Atteinte dans le territoire de l'artère cérébrale postérieure gauche ayant entraîné une lésion dans la partie postérieure et interne de l'hémisphère gauche.

voir la lésion (image obtenue par IRM )

 

Cécité au mouvement : voir le détail du cas clinique

Incapacité à percevoir un mouvement (la patiente ressent des "arrêts sur image" de plusieurs secondes tout au long desquels elle ne perçoit qu’une image immobile en perdant toute conscience visuelle des mouvements dans son environnement), capacité normale de reconnaissance des visages et des objets, de lecture et de distinction des couleurs

Accident vasculaire cérébral ayant entraîné des lésions bilatérales de la substance grise uniquement au niveau de la jonction temporo-occipitale et des lésions de la substance blanche sous le cortex occipital latéral (atteinte plus importante pour l‘hémisphère droit).

voir la lésion (image obtenue par IRM)

Illusion de mouvement : voir le détail du cas clinique

Au cours de crises épileptiques, illusion de mouvements des objets de l'environnement, paraissant se déplacer du centre vers la périphérie, à l'intérieur du champ visuel gauche

Tumeur cérébrale temporo-occipitale droite

Un enregistrement EEG pratiqué durant une crise a révélé un point de départ des crises épileptiques au niveau de la jonction temporo-pariéto-occipitale.

 

Incapacité à reconnaître des visages : voir le détail du cas clinique

Troubles de reconnaissance des visages (s'il croise sa femme dans la rue, le patient ne peut pas la reconnaître à moins qu'elle ne lui parle ou qu'elle ait un signe distinctif qu'il connaît au niveau des vêtements par exemple), difficultés à représenter son propre visage dans un autoportrait (le patient est artiste peintre)

 

Accident vasculaire cérébral ayant entraîné des lésions dans le cortex inféro-temporal droit

voir la lésion (image obtenue par IRM)

 

 

Les apports à la compréhension de l'organisation des aires visuelles... voir un exemple de résultat attendu

 

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Une seconde approche plus fine : l'utilisation de l'IRM fonctionnelle renseigne sur les aires cérébrales activées par une caractéristique d'un objet (couleur, mouvement, forme) - Première S/ES-L

 

 

  • On dispose d'images anatomiques d'encéphale de sujets obtenues par IRM et d'images fonctionnelles montrant l'activation de leur encéphale lors de la vision d'objets colorés ou en mouvement.

  Exemple de consigne à donner aux élèves : utilisez les résultats d'imagerie fonctionnelle de l'encéphale pour déterminer de quelle manière les données concernant la vision d'un objet ou d'un visage sont traitées et pour mettre en évidence une collaboration entre aires corticales.

 

Protocole suivi Images obtenues dans la banque Neuropeda Pistes d'exploitation
 

 Sujet visionnant une image animée (spirale en mouvement) et une image statique - comparaison des images d'IRM fonctionnelle obtenues - superposition de l'IRMf à l'image anatomique du sujet

voir le détail du protocole

1) Pour visualiser des images anatomiques et fonctionnelles d'encéphale obtenues par IRM :

2) Ouvrir l'image anatomique IRMsujet131321anat à visualiser en BW-linear avec des seuils de visualisation inférieur égal à 0 et supérieur égal à 30

3) A superposer à l'image fonctionnelle IRMsujet131321fonctionVisionMouvements avec des seuils de visualisation inférieur égal à 70 et supérieur égal à 100

Source des images : Dojat Michel, Grenoble Institut des Neurosciences (GIN), Centre de Recherche Inserm U836-UJF-CEA-CHU. Equipe de Neuroimagerie Fonctionnelle et Métabolique. Centre Hospitalier universitaire, Pavillon B, BP 217, 38043 Grenoble cedex 9, France.

 

1. Faire afficher avec le logiciel EduAnatomist l'image fonctionnelle superposée à l'image anatomique.

2. Rechercher les plans de coupe les plus adaptés à la visualisation des zones corticales activées par la vision d'objets colorés.

3. Réaliser une capture d'écran et annoter le résultat obtenu.

 

voir un exemple de résultat attendu dans le cas du mouvement

voir un exemple de résultat attendu dans le cas de la couleur

 

Sujet visionnant des objets colorés et des objets non colorés - comparaison des images d'IRM fonctionnelle obtenues - superposition de l'IRMf à l'image anatomique du sujet

voir le détail du protocole

 

 

1) Pour visualiser des images anatomiques et fonctionnelles d'encéphale obtenues par IRM :

2) Ouvrir l'image anatomique IRMsujet131331anat à visualiser en BW-linear avec des seuils de visualisation inférieur égal à 0 et supérieur égal à 30

3) A superposer à l'image fonctionnelle IRMsujet131331fonctionnelVisionCouleurs avec des seuils de visualisation inférieur égal à 75 et supérieur égal à 100

Source des images : Dojat Michel, Grenoble Institut des Neurosciences (GIN), Centre de Recherche Inserm U836-UJF-CEA-CHU. Equipe de Neuroimagerie Fonctionnelle et Métabolique. Centre Hospitalier universitaire, Pavillon B, BP 217, 38043 Grenoble cedex 9, France.

 

 

Accès à une page présentant la localisation des aires visuelles

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  Des structures cérébrales innées dévolues au traitement des informations visuelles - Première S

Le programme de 1ère S demande de faire acquérir aux élèves le fait que "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."

 

On dispose de l'image anatomique d'encéphale d'un sujet obtenue par IRM et d'une image fonctionnelle moyenne montrant l'activation de l'encéphale de 8 sujets lors de la vision d'objets colorés.

Exemple de consigne à donner aux élèves : répétez les opérations précédentes afin de donner un argument en faveur d'une organisation innée de l'aire visuelle V4. 

Ouvrir l’image anatomique IRMsujet131331anat  (image en BW- linear, seuils de visualisation inf égal à 30 et sup égal à 90) et lui superposer l’image fonctionnelle correspondante IRMmoyenne8sujets131332fonctionVisionCouleurs  (seuils de visualisation inf égal à 75 et sup égal à 100) obtenue pour 8 sujets visionnant des objets colorés et non colorés.

Source des images : Dojat Michel, Grenoble Institut des Neurosciences (GIN), Centre de Recherche Inserm U836-UJF-CEA-CHU. Equipe de Neuroimagerie Fonctionnelle et Métabolique. Centre Hospitalier universitaire, Pavillon B, BP 217, 38043 Grenoble cedex 9, France.

Remarque : on n'utilise pas une image anatomique moyenne obtenue à partir des 8 individus car elle serait floue et peu précise.

voir un exemple de résultat attendu

 

Lire un article scientifique sur le rôle de l'environnement dans l'organisation des voies visuelles

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