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variante voies visuelles - du côté des élèves

Exemples de productions ou de raisonnements pour une démarche sur l'organisation des voies visuelles exploitant l'IRM anatomique et fonctionnelle.

 

Il s'agit de répondre à la consigne globale : "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"

  • Voir l'étape 1 : l'IRM anatomique et la reconnaissance des voies anatomiques reliant l'oeil à l'encéphale
  • Voir l'étape 2 : une utilisation possible de l'IRMf pour la reconstitution du trajet des fibres nerveuses dans la région du chiasma optique  

 

Etape 1 - L'IRM anatomique et la reconnaissance des voies anatomiques reliant l'oeil à l'encéphale

[La première consigne donnée à l'élève est : "Utiliser les fonctionnalités du logiciel EduAnatomist pour visualiser, sur l’image anatomique « anatomie sujet 1212 » de la banque Neuropeda, les voies nerveuses reliant l’oeil à l’encéphale"]

IRM anatomique  sujet 1212 - coupe axiale passant par le chiasma  optique - non légendée IRM anatomique  sujet 1212 - coupe axiale passant par le chiasma optique -  légendée

IRM chiasma optique, non légendée

 

L'utilisation du zoom (molette) associée au  déplacement dans l'image (touche CTRL appuyée + bouton de la molette) permet de de focaliser la vue sur la zone d'intérêt : 

 zoom_chiasma  

IRM chiasma optique, légendé

Remarque : la tête étant  un volume et les représentations proposées étant  des coupes relativement fines,  on aura du mal à visualiser parfaitement sur une même section les deux nerfs optiques et le chiasma optique (ce dernier est "deviné" sur la coupe ci-dessus, alors qu'on visualise très bien les deux nerfs optiques)

 

 

 

 

  Origine de l'image : Rivière Denis, Commissariat à l'Energie Atomique / Service Hospitalier Frédérique Joliot. Orsay.

 

[la deuxième consigne donnée à l'élève est : "Exploiter en superposition les autres  images anatomiques concernant le même sujet "]   

Images exploitées et manipulations Captures d'écran légendée et commentaire 

- IRMsujet1212anat

- superposition avec IRMsujet1212anat3DTete

Régler l'opacité de la tête  de manière à maintenir la visibilité de la coupe.
Faire pivoter l'image (molette appuyée + déplacement de la souris).
 

tête3D

 Cette superposition permet de localiser, en volume et à l'échelle de la tête, l'emplacement de la coupe préalablement recrutée pour la visualisation du chiasma optique.

  Origine de l'image : Rivière Denis, Commissariat à l'Energie Atomique / Service Hospitalier Frédérique Joliot. Orsay

 - IRMsujet1212anat

- superposition avec IRMsujet1212anat3DHemisphereDroit

 

Choisir et régler la coloration de l'hémisphère droit.
Faire pivoter l'image (molette appuyée + déplacement de la souris).

nerfopthemdroit

nerfopthemdroitcoronale 

 Ces superpositions (en haut, coupe axiale + hémisphère droit 3D ; en bas, coupe coronale + hémisphère droit 3D) permettent de visualiser, en volume et à l'échelle de l'encéphale, la position des nerfs optiques. On observe que les nerfs optiques (flèches jaunes) issus de chaque oeil passent exactement sous les deux hémisphères cérébraux.

  Origine de l'image : Rivière Denis, Commissariat à l'Energie Atomique / Service Hospitalier Frédérique Joliot. Orsay

- IRMsujet1212anat

- superposition avec IRMsujet1212anatSegmentationHemisphereCerveletTronc

 

 anatencephale

 Cette superposition permet de cartographier différentes parties  de l'encéphale, au-delà du chiasma optique.

 Origine de l'image : Rivière Denis, Commissariat à l'Energie Atomique / Service Hospitalier Frédérique Joliot. Orsay

  

L'IRM anatomique aura donc permis de constater que les deux nerfs optiques issus de chacun des deux yeux passent sous les hémisphères cérébraux et convergent anatomiquement au niveau du chiasma optique.

 Dans l'étape suivante, on recherche la signification du chiasma optique dans la représentation visuelle ...

  retour à la présentation générale de la démarche pédagogique 

 

 Etape 2 : Une utilisation de l'IMRf  pour la reconstitution du trajet des fibres nerveuses dans la région du chiasma optique  

[Les consignes données à l'élève sont : "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", puis "À partir des résultats obtenus, proposer un schéma d'organisation des voies visuelles."]

 

  • La production obtenue avec EduAnatomist
Caractéristiques de la stimulation visuelle Le secteur en rotation parcourt tantôt l'hémichamp visuel droit, tantôt l'hémichamp visuel gauche.
Résultat : réponse corticale 

 rétinotopie

  IRMf du sujet 131311 (coupe axiale), montrant  la localisation des zones activées, en réponse à la stimulation

Origine de l'image : Nicolas Wotawa, INRIA of Sophia Antipolis Université de Nice-Sophia Antipolis- UFR Sciences Ecole Doctorale STIC

[Remarque : les images, à l'instar de toutes celles proposées avec EduAnatomist, sont présentées en convention neurologique : hémisphère droit à droite et hémisphère gauche à gauche.]

 

    

--> Test du schéma hypothétique 1 ?

Schéma hypothétique testé

Hypothèse 1 :

hypoth1

Conséquence vérifiable (prévision de la zone activée  en relation avec les caractéristiques du stimulus visuel)

Si ce schéma hypothétique 1 est exact, alors :

- le passage d'un objet dans l'hémichamp visuel droit doit activer à la fois le cortex de l'hémisphère droit et celui de l'hémisphère gauche (ceci parce qu'on sait que l'hémi-champ droit comprend le champ rétinien nasal de l'oeil droit et le champ rétinien temporal de l'oeil gauche).

- le passage d'un objet dans l'hémichamp visuel gauche doit activer à la fois le cortex de l'hémisphère gauche et celui de l'hémisphère droit (ceci parce qu'on sait que l'hémi-champ gauche comprend le champ rétinien nasal de l'oeil gauche  et le champ rétinien temporal de l'oeil droit)

Confrontation à la réalité
  • On observe, lors du passage du stimulus en rotation dans l'hémichamp visuel droit, une activation du cortex au niveau du lobe occipital de l'hémisphère gauche et aucune activation dans le cortex de l'hémisphère cérébral droit.
  • On observe, lors du passage du stimulus en rotation dans l'hémichamp visuel gauche, une activation du cortex au niveau du lobe occipital de l'hémisphère droit et aucune activation dans le cortex de l'hémisphère cérébral droit.
  •  Ces résultats  ne correspondent pas à ceux prévus dans la conséquence vérifiable.   
Validation ou non du schéma hypothétique

Le schéma hypothétique 1 est invalidé.

 

 --> Test du schéma hypothétique 2 ?

Schéma hypothétique testé

Hypothèse 2 :

hypoth2

Conséquence vérifiable (prévision de la zone activée  en relation avec les caractéristiques du stimulus visuel)

Si le schéma hypothétique 2 est exact, alors :

- le passage d'un objet dans l'hémichamp visuel droit doit activer uniquement le cortex de l'hémisphère gauche (ceci parce qu'on sait que l'hémi-champ droit comprend le champ rétinien nasal de l'oeil droit et le champ rétinien temporal de l'oeil gauche).

- le passage d'un objet dans l'hémichamp visuel gauche doit activer uniquement le cortex de l'hémisphère hémisphère droit (ceci parce qu'on sait que l'hémi-champ gauche comprend le champ rétinien nasal de l'oeil gauche  et le champ rétinien temporal de l'oeil droit)

Confrontation à la réalité
 
  • On observe, lors du passage du stimulus en rotation dans l'hémichamp visuel droit, une activation du cortex au niveau du lobe occipital de l'hémisphère gauche et aucune activation dans le cortex de l'hémisphère cérébral droit.
  • On observe, lors du passage du stimulus en rotation dans l'hémichamp visuel gauche, une activation du cortex au niveau du lobe occipital de l'hémisphère droit et aucune activation dans le cortex de l'hémisphère cérébral droit.
  •  Ces résultats  correspondent à ceux prévus dans la conséquence vérifiable.  
Validation ou non du schéma hypothétique

Les résultats de l'IRMf du sujet  131311 corroborent le schéma hypothétique 2.

 

 --> Test du schéma hypothétique 3 ? 

Schéma hypothétique testé

Hypothèse 3 :

hypoth3

Conséquence vérifiable (prévision de la zone activée  en relation avec les caractéristiques du stimulus visuel)

Si le schéma hypothétique 3 est exact, alors :

- le passage d'un objet dans l'hémichamp visuel droit doit activer à la fois le cortex de l'hémisphère droit et celui de l'hémisphère gauche (ceci parce qu'on sait que l'hémi-champ droit comprend le champ rétinien nasal de l'oeil droit et le champ rétinien temporal de l'oeil gauche).

- le passage d'un objet dans l'hémichamp visuel gauche doit activer à la fois le cortex de l'hémisphère gauche et celui de l'hémisphère droit (ceci parce qu'on sait que l'hémi-champ gauche comprend le champ rétinien nasal de l'oeil gauche  et le champ rétinien temporal de l'oeil droit)

Confrontation à la réalité  
  • On observe, lors du passage du stimulus en rotation dans l'hémichamp visuel droit, une activation du cortex au niveau du lobe occipital de l'hémisphère gauche et aucune activation dans le cortex de l'hémisphère cérébral droit.
  • On observe, lors du passage du stimulus en rotation dans l'hémichamp visuel gauche, une activation du cortex au niveau du lobe occipital de l'hémisphère droit et aucune activation dans le cortex de l'hémisphère cérébral droit.
  •  Ces résultats  ne correspondent pas à ceux prévus dans la conséquence vérifiable.  
Validation ou non du schéma hypothétique

Le schéma hypothétique 3 est invalidé.

 

  •   Conclusion à propos de cette activité

L'analyse de l'image d'IRMf d'un sujet stimulé par un secteur en rotation parcourant les hémi-champs visuels aura donc permis de démontrer qu'au niveau du chiasma optique où convergent les deux nerfs optiques issus de chacun des deux yeux, les fibres nerveuses issues de la rétine nasale se projettent dans l’hémisphère cérébral opposé tandis que celles issues de la rétine temporale se projettent dans l’hémisphère cérébral situé du même côté. Les scientifique parlent de décussation des voies optiques au niveau du chiasma optique.  

En raison  de cette décussation et des rôles respectifs  des rétines temporale et nasale dans la représentation du champ visuel,  l’hémisphère gauche reçoit une information uniquement de l’hémi-champ visuel droit et l’hémisphère droit reçoit une information uniquement de l’hémi-champ visuel gauche. Cela  correspond, pour chaque hémisphère, à des informations en provenance des deux yeux.

On aura de plus mis à profit cette étude pour démontrer que le simulus visuel utilisé active des aires visuelles situées au niveau du lobe occipital. Il s'agit ici des aires visuelles dites de bas niveau, localisées dans l'aire visuelle primaire V1.

 
Voir un point scientifique sur l'organisation des voies visuelles et la rétinotopie chez l'Homme

Voir un point scientifique sur les différentes voies visuelles

Voir des propositions d'activités à propos des aires cérébrales impliquées dans la vision

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