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Activité : vision des couleurs

TP: réalisation du champ visuel de l'oeil droit /simulation d'un type de daltonisme : logiciel De Visu /visualisation des aires visuelles primaires: logiciel EduAnatomist, proposé par Mireille Ranc, Lycée Edgar Quinet, Bourg en Bresse

1. La vision des couleurs, une construction rétinienne:

a- Réalisation du champ visuel d'un oeil :

Matériel:

- fiche à télécharger pour impression A4«  mesure du champ visuel »

 - 4 grandes allumettes ou aiguilles équipées d'un bout de couleur différente: rouge, vert, bleu, noir,

 - 4 feutres ou crayons de couleur: rouge, vert bleu, noir.

Protocole expérimental

 Fixer la feuille « mesure du champ visuel » sur un mur en fonction de la taille du sujet à tester. Le sujet se place nez contre la feuille, l'oeil gauche occulté, et fixe la croix au centre de la fiche. Le testeur déplace la cible de couleur long des droites repères de la fiche. Lorsque le sujet testé reconnaît la couleur de la cible il marque un point de la même couleur sur la fiche. Quand un point est marqué sur chaque ligne, les relier par un trait de façon à définir le champ visuel pour la couleur testée. Refaire, sur la même fiche, la manipulation pour les autres couleurs.

Question1 :

-          Quelle hypothèse peut on formuler sur la sensibilité de la rétine aux différentes couleurs?

Réponse attendue: la rétine présente une sensibilité différente aux couleurs: elle doit donc posséder des récepteurs différents dont la répartition sur la rétine détermine les différents champs visuels des couleurs.

b- Répartition des photorécepteurs:

document1: Répartition des photorécepteurs réitiniens

document 1 répartition des photorécepteurs rétiniens 

 

Question2:

 

 - En mettant en relation les résultats obtenus pour les champs visuels, et les informations apportées par le document, expliquer quel sont les photorécepteurs intervenant: dans la vision des couleurs dans la vision du noir et blanc (perception de la luminosité)

c- Caractéristiques des cônes et la vision trichromatique:

document 2: « ...Les cellules photoréceptrices peuvent grâce à leur capacité d'adaptation répondre à de très faibles intensités lumineuses arrivant dans l'œil (dans des conditions expérimentales précises, un photon seul peut suffire à les stimuler). Ils existent sous deux formes : les cônes (à réponses rapides et sensibles suivant leur type à différentes gammes de longueur d'ondes de la lumière et permettent donc de voir les couleurs) et les bâtonnets (plus lents et plus grands, il n'y en a qu'un type, mais qui posséde plus de pigments photorecepteurs que le cône permettant la vision nocturne mais pas la vision des couleurs). Dans l'œil humain, il y a généralement 3 types de cônes réagissant principalement aux couleurs jaune[1] (560 nm), vert (530 nm) et bleu (424 nm), ce qui a servi à la décomposition de la lumière en vidéo, et de manière complémentaire en impression numérique et en peinture. Des recherches actuelles tendent à prouver que chez un certain pourcentage d'hommes (10%) et de femmes (50%), il existerait un quatrième type de cônes sensibles aux oranges.... »

 

Utilisation du logiciel DeVisu, module la rétine

Dans le menu déroulant choisir: Fichier – Lecture d'un modèle de cône Ouvrir le fichier trois_reel.con Cliquer sur Voir pour faire apparaître les couleurs réellement perçues par une rétine équipée de ces trois cônes.

 Placer l'image obtenue sous l'image du spectre de la lumière en haut à droite clic droit sur le graphique. Sélectionner Trait horizonal Placer ce trait de façon à visualiser le 50% de sensibilité des cônes

Estimer le % de réponse de chacun des cônes pour les couleurs suivantes et remplir le tableau

Utiliser le document complémentaire pour retrouver à quelle partie du spectre correspondent les longueurs d'ondes données

document complémentaire: spectre de la lumière blanche

 

 Longueur d'onde (en nm) 400 440 545 580 700
Cône 1          
Cône 2          
Cône 3          
Question3

 

 - A partir du texte et du graphique affiché par le logiciel De visu comparer les différents cônes (ressemblance différences)

 - En utilisant le tableau de résultats de sensibilité des cônes, expliquer pourquoi chaque couleur est perçue de façon unique

c- La nécessité de 3 cônes:

 

document 3 : « Les daltoniens ont une défaillance du système liée à l'un de ces 3 cônes. En effet, les cônes ne fonctionnent que grâce à la présence de "pigments photorécepteurs", qui sont, comme leur nom l'indique, sensibles à la lumière. L'absence de l'un de ces pigments provoque une défaillance du type de cône concerné (S, M ou L). Le cerveau doit donc se passer des informations envoyées par ce cône pour concevoir la vision. Le monochromatisme est une maladie due à l'absence totale de pigments : Seuls les bâtonnets fonctionnent, ne permettant à la personne qu'une vision en nuances de gris. (Et non en noir et blanc !). Toutefois, cette maladie reste assez rare. Finalement, certaines personnes peuvent souffrir d'une vision des couleurs faussée due aux faibles performances d'un pigment, qui dans leur cas détecte un spectre lumineux réduit. »

 

Simulation d'un type de daltonisme

 

On peut simuler un type de daltonisme avec le logiciel De Visu en faisant disparaître un des trois cônes. Faire descendre le deuxième repère de sensibilité à gauche du graphique: la courbe de sensibilité du cône 2 disparait. cliquer sur Voir pour faire apparaître les couleurs réellement perçues par une rétine équipée de ces trois cônes. Placer l'image obtenue sous l'image du spectre de la lumière en haut à droite. Estimer de nouveau la sensibilité des cônes pour différentes couleurs

 

 longueur d'onde 400 440 545 580 700
Cône 1          
Cône 2          
Cône 3          

 

Question4:

 

- D'après l'image du spectre perçue par la « rétine daltonienne », quelles sont les couleurs confondues?

- En utilisant les données du tableau de sensibilité, expliquer pourquoi ces couleurs sont confondues.

 

2. La vision des couleurs, une construction cérébrale:

 

 

Les zones corticales stimulées lors de la vision des couleurs:

 

document 4 : cartographie simplifiée du cerveau

 

document 4a cartographie du cerveau vue latérale document 4b : cartographie du cerveau vue supérieure

 

 

Utilisation du logiciel EduAnatomist:

 

EduAnatomist est une base de données d'images du cerveau réalisées par IRM: elle propose des images anatomiques et des images fonctionnelles montrant les zones d'activation cérébrales en fonction de différents protocoles de stimulation sensorielle, L’acquisition des données de neuro-imagerie fonctionnelle repose sur des mesures de débit sanguin cérébral ( plus précisément sur des variations locales de débit sanguin et d’oxygénation cérébrale via l’évaluation de la concentration en oxyhémoglobine) Pour obtenir ces résultats on effectue par exemple une série d’images avec une tâche sensorielle précise et une série d’images sans stimulation . A partir des images moyennes obtenues dans chaque condition on construit une image de différence appelée calque fonctionnel que l’on peut superposer à une image anatomique correspondante. Le seuil de visualisation permet de mettre en évidence les zones du cerveau statistiquement plus actives entre les 2 conditions expérimentales.

Utiliser la fiche technique pour comprendre les fonctionnalités du logiciel

 A partir de la base de données Neuropeda ou de la base de données en ligne, charger l'image anatomique: AnatomieVisionCouleurSujet131331

Régler le seuil de sensibilté noir et blanc : inf  = 5, sup  = 20

Charger ensuite l'image: FonctionnelVisionCouleurSpmTSujet131331

Régler le seuil de sensibilité: inf = 70, sup = 80

 Faire défiler les coupes axiales et sagittales pour trouver les zones cérébrales les plus activées déplacer les axes d'une des coupes sur la zone la plus activée , de façon à obtenir les trois coupes passant par cette zone.

 

Question5:

 

 - Sauvegarder ces images, et insérer la coupe sagittale et la coupe axiale dans un fichier texte ( Word, Openoffice,...)

- En utilisant les légendes du document 4, indiquer quelles sont le zones du cortex stimulées lors de la vision des couleurs.