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Activité : organisation des voies visuelles - variante

Une proposition de démarche exploitant des images issues de l'Imagerie par Résonance Magnétique fonctionnelle (IRMf) afin de reconstituer le trajet suivi par le message nerveux depuis la rétine jusqu'au cerveau.

Cette démarche représente une variante de la proposition éponyme qui se basait sur une exploitation de cas cliniques d'anomalies de la vision pour reconstituer le trajet des voies optiques.

 

 Contexte

L'activité pédagogique proposée se place au sein du thème 3C "De l'oeil au cerveau : quelques aspects de la vision" du nouveau programme de Première S (2011). Il est également possible de proposer cette activité dans le cadre du thème "Représentation visuelle" du programme de Sciences des classes  de Première L et ES  (2011).

Différentes notions (architecture complexe de la rétine, implication des photorécepteurs et autres neurones rétiniens dans l'élaboration d'un message nerveux) auront préalablement été construites.

La notion de champ visuel aura été explicitée. Le champ de vision binoculaire consiste en deux hémichamps visuels symétriques, l'un droit, l'autre gauche. Il aura été établi (voir une illustration) que chaque hémichamp visuel comprend le champ rétinien nasal de l'oeil ipsilatéral  (= du même côté)  et le champ rétinien temporal de l'oeil controlatéral (= du côté opposé).

Il s'agit alors de déterminer le trajet emprunté par le message nerveux élaboré au niveau de la rétine, c'est-à-dire d'enquêter sur l'organisation des voies visuelles.

Pour cela, il est proposé aux élèves d'analyser différentes images d'IRM anatomique puis d'IRMf de rétinotopie afin d'élucider, dans la région du chiasma optique, le comportement des fibres nerveuses des deux nerfs optiques issus de chaque oeil.

L'étude ainsi réalisée permettra de mettre en évidence la décussation des voies visuelles au niveau du chiasma optique. D'autre part, l'implication du cortex occipital des hémisphères cérébraux sera constatée, sans que ce dernier point soit l'objectif cardinal de l'activité.

 

Ressources mises à disposition des élèves

 

 

Déroulement de l'activité

Une consigne globale  peut être donnée à l'élève, par exemple :

"à partir de l’exploitation pertinente des images d'IRM anatomique puis fontionnelle, reconstituez l’organisation des voies visuelles depuis chaque œil vers le cerveau"

Une aide à la résolution peut être proposée :

  •  Premier temps : l'IRM anatomique et la reconnaissance des voies anatomiques reliant l'oeil à l'encéphale 
Ressources à exploiter  Pistes de travail
- IRMsujet1212anat
- IRMsujet1212anat3DTete
- IRMsujet1212anat3DHemisphereDroit
- IRMsujet1212anatSegmentationHemisphereCerveletTronc
 
 Origine des images : Rivière Denis, Commissariat à l'Energie Atomique / Service Hospitalier Frédérique Joliot. Orsay.
 
  • Utiliser les fonctionnalités du logiciel EduAnatomist pour visualiser, sur l’image "IRMsujet1212anat" de la banque Neuropeda, les voies nerveuses reliant l’oeil à l’encéphale. Choisir le plan de coupe le plus pertinent pour repérer les deux nerfs optiques, le chiasma optique et les deux hémisphères cérébraux.
  •  Exploiter en superposition les autres images anatomiques concernant le même sujet.

-->Production attendue : un compte-rendu sous forme numérique comportant des captures  d'écran légendées des différentes représentations obtenues.

-->Compétence B2i lycée : item L.2.3 : "J'utilise les documents ou des logiciels dans le respect des droits d'auteurs et de propriété" et item L.3.1 : "Je sais créer et modifier un document numérique composite transportable et publiable". 

--> Voir des possibilités de représentations avec EduAnatomist

 

  • Deuxième temps  : une utilisation possible de l'IRMf pour la reconstitution du trajet des fibres nerveuses dans la région du chiasma optique  

On utilise ici une IRMf dans le cadre de la rétinotopie. On parle de rétinotopie pour désigner la relation entre la position de de l'objet observé dans le champ visuel, la situation de l'image dans la rétine et l'activité correspondante d'un point du cortex.

Ressources à exploiter Pistes de travail

Logiciel EduAnatomist et série d'images  d’IRM anatomique et fonctionnelle d’encéphale du sujet 131311 de la banque Neuropeda:

  • IRMsujet131311anat
  • IRMsujet131311fonctionVisionRetinotopieAnglepolaire : cette image d'IRMf a été construite en utilisant comme stimulus visuel un secteur en rotation présenté sous forme de vidéo.  Le secteur tournant, dont la position est repérée par son angle polaire, parcourt les hémi-champs visuels. Les seuils de visualisation des images fonctionnelles sous Edu Anatomist sont à fixer à 0 pour le seuil inférieur et 100 pour le seuil supérieur. Choisir alors comme palette d’affichage de l'image fonctionnelle « blue-red fusion » pour obtenir le codage du champ visuel correspondant à celui du stimulus du secteur angulaire tournant

Origine des images : Nicolas Wotawa, INRIA of Sophia Antipolis Université de Nice-Sophia Antipolis- UFR Sciences Ecole Doctorale STIC

 --> Voir des explications plus détaillée sur l'obtention de ces images : accès à la fiche pédagogique associée au sujet 131311
  
 
 
 

 

 

 

 

 

  •  Utiliser les fonctionnalités du logiciel EduAnatomist pour visualiser  les régions du cortex des hémisphères cérébraux qui sont successivement activées lors de l'application du stimulus visuel en rotation.

[ATTENTION : le mode de codage couleur des images fonctionnelles proposées ne correspond pas à la signification statistique de l’activation des différentes régions cérébrales mais au codage des régions du champ visuel testées :  codage avec des couleurs froides (bleu) lorsque le secteur en rotation parcourt la partie droite du champ visuel et avec des couleurs chaudes (orange / rouge) lorsqu’il parcourt la partie gauche.]

 -->Production attendue : une capture d'écran légendée de la représentation obtenue.

  • À partir des résultats obtenus, proposer un schéma d'organisation des voies visuelles. 

Il est attendu que les élèves trouvent et schématisent  la manière dont s’agencent, au niveau du chiasma optique, les voies issues des rétines nasale et temporale pour chaque œil.
Dans ce but, on propose aux élèves des schémas ayant le statut d’hypothèses d’organisation des voies visuelle. Il s’agit alors de trouver, parmi les hypothèses, celle corroborée par l'IRMf du sujet.

 --> voir un exemple d'exploitation de l'IRMf pour construire le trajet des voies visuelles

 

 

QUELQUES LIENS UTILES :