Percevoir la couleur
Le chemin emprunté par la lumière du monde extérieur jusqu'au néo-cortex visuel, à l'arrière complètement de notre cerveau, est fabuleux. Je vous en propose un humble apperçu, ici.
Stimuler notre sens visuel
Tout commence, bien entendu, avec de la lumière.
On peut affirmer que les humains ont développé leur remarquable adaptation à la lumière au cours de milliers d'années (millions?) d'évolution sur la terre. Comment en sommes nous, progrèssivement, arrivé à transformer la réalité physique du monde électromagnétique qui nous entoure en la réalité colorée que nous "voyons"? Je l'ignore mais chose certaine, il faut reconnaître que c'est une adaptation remarquable, dont Darwin serait très fier, nul doute.
L'influx sensoriel
Analysons les composantes physiologiques qui entrent dans le mécanisme de la vision. Il y a d'abord nos yeux—tout un monde en soi. Fonctionnellement, nos yeux jouent le rôle de détecteur de lumière, doublé d'un circuit d'analyse neuronal sophistiqué qui se limite à transmettre des influx nerveux au cerveau. Il y a donc deux parties dans la vision: la détection et le traitement de l'information visuelle. Ce qui se passe dans nos yeux est forcément limité car la nature n'a pas cru bon de tout mettre dans nos yeux, il y a une partie du traitement qui est différé au stage "supérieur" de la vision qui se situe dans le cerveau. Pour des raisons physiologiques qu'on ignore. Sans doute en raison de problèmes d'efficacité. On sait que chacun des yeux pèse à peine quelque grammes: immaginez la lenteur du système s'il aurait fallu que dame nature place toute l'intelligence derrièle le traitement de "l'image visuelle" dans nos yeux? On n'aurait tout simplement pas survécu!
Cela étant dit, il reste qu'une part importante du processus de la vision se déroule à l'intérieur de nos globes oculaires.
La partie optique du système
Les yeux ressemblent à des balles de ping-pong. Sensiblement de la même taille, ils sont constitués comme une coquille, c'est-à-dire qu'ils sont "vides" à l'intérieur. En fait, pas vraiment vides puisqu'on trouve au centre un substance gélatineuse, le corps vitré, qui donne sa forme à l'oeil. La paroi de l'oeil est à peine de quelques millimètres d'épaisseur. À l'avant de l'oeil se trouve une ouverture, la cornée, et juste derrière, le cristallin. La cornée et le cristallin constituent l'essentiel du système optique de l'oeil dont la tâche est de mettre au foyer les rayons lumineux du monde physique sur une région située à l'arrière du globe oculaire, la rétine. Pourquoi la rétine? Eh bien, parce que c'est à cet endroit que la nature a disposé la majorité des photorécepteurs qui donnent à nos yeux leur pouvoir de détecter la lumière. Donc, la cornée réalise une première partie du travail de la vision, qui est celui de diriger la lumière vers la rétine. Lorsque l'on regarde au loin, des paysages ou autres objets éloignés, seul le travail de la cornée suffit. Mais lorsque le regard se porte sur des objets rapprochés, comme le texte que vous lisez sur cet écran, alors le cristallin changera de courbure de manière à continuer de diriger les rayons lumineux déviés au passage par la cornée sur la rétine.
Destination fovea
Il y aurait plus à dire sur la cornée et le cristallin mais, pour notre propos, nous allons nous concentrer sur la rétine. La rétine est comparable à un tapis. C'est une mince couche constituée de cellules photosensesibles et nerveuses dont la nature a enduit le fond de l'oeil. Il y en a partout! En fait, le seul endroit où la rétine est absente est la face avant de l'oeil, le "trou" où sont situé le cristallin et la cornée—il faut bien que la lumière arrive de quelque part dans nos yeux.
La rétine n'est pas constituée uniformément des mêmes cellules photosensibles. En fait, il y a une spécialisation entre ces cellules. C'est d'abord et avant tout une spécialisation géographiques qui conïncident avec notre système optique puisque certaines cellules se retrouvent dans toute la rétine alors que certaines préfèrent franchement habiter ce qu'on pourrait convenir d'appeller le "centre". Ce n'est pas tout à fait le centre mais c'est néanmoins un point important. Ce point important est une minuscule dépression dans la rétine de 0,25 mm où se retrouvent les acteurs principaux de la vision, la fovea.
À la base, notre système optique a été conçu pour amener les régions d'intérêt du monde extérieur en plein sur la fovea. Le système visuel est ainsi fait que c'est à cet endroit que réside notre pic d'acuité visuel : à chaque fois que nous voulons examiner quelque chose en détail, automatiquement, la lumière renvoyé par l'objet en question est dirigée précisément sur la fovea. Ce n'est pas que la lumière qui est reçue sur le reste de la rétine est dépourvue d'intérêt pour le système visuelle mais ce n'est pas là que "l'action se passe".
Cones et batonnets
On retrouve dans la fovea la plus grande concentration de cones, l'une des deux classes de cellules photosensibles vivant dans notre rétine, l'autre s'appelle les batonnets. On appelle cones et batonnets en raison de la forme caractéristique de chacun. Il y a plus de batonnets que de cones dans la rétine mais les batonnets ne sont pas conçus pour voir le détail. C'est aux cones que revient le rôle de discriminer entre les détails du monde physique. Et pour cela, les cones ont la propriété de, non seulement, de discriminer spatialement d'une scène mais aussi physiquement, selon ses dimensions spectrales (que nous interpréteront ensuite comme de la couleur).
Les batonnets figurent au nombre de 1, on dira qu'ils peuvent discriminer la lumière sur une seule dimension, la luminosité, la nuit ou dans la noirceur d'une salle de théatre ou à la lueur de la pleine lune, la nuit dans les bois. Les cones, eux, figurent au nombre de 3, on dira qu'ils peuvent discriminer la lumière sur trois dimensions. Des faits physiologiques qu'il aura fallu attendre le 18e siècle avant de savoir.
Cones et couleur
Ce sont les cones qui confèrent à nos yeux le pouvoir de recréer la réalité du monde coloré. Les cones réalise une séparation de l'aspect physique du monde extérieur en fractionnant l'aspect lumineux de tout objet selon, ce qu'on sait maintenant, une portion "courte" du spectre électromagnétique visible, une portion "moyenne" et une portion "longue". Il s'agit en fait de trois plages de sensibilité spectrales qui constituent notre sensibilité à la lumière visible. En dehors de cette plage, point de vision n'est possible: nous n'y sommes tout simplement pas adapté. Il s'agit de la lumière ultraviolette et infrarouge.
Couches de la rétine
Le travail de déconstruction des signaux lumineux du monde physique et de leur transmission ultérieure via le nerf optique fait l'objet de recherches constantes. Mais on sait déjà ce qui suit.
À la base, les cones créent, du fait de leur spécialisation spectrale respective, trois signaux visuels distincts. De ces trois signaux, de nouveaux signaux intermédiaires vont être générés par des couches "supérieures" de la rétine—la rétine est organisée tel un édifice de plusieurs étages avec des couches de cellules nerveuses différentes à chaque étage. À la fin du processus, trois nouveaux signaux vont être envoyés au cerveau, sous formes d'impulsions électriques, via le nerf optique. Cela ressemble à du code morse. Ces signaux sont : un signal achromatique, qui donne la grandeur de l'intensité lumineuse indépendemment de sa couleur, et deux signaux chromatiques, qui donnent l'information chromatique. L'aspect "couleur" de la scène, dans ce système, est codé par "paires". Il y a une paire qui code la présence relative de "vert" et de "rouge" de la scène (ce n'est pas exactement "vert" et "rouge" mais pour les besoins de ce site, ça ira). Et il y a une paire qui s'occupe de la présence relative du "bleu" et du "jaune".
Cette façon de coder l'information visuelle avait été postulée en 1887 par le physiologiste allemand, Ewald Herring. Ce n'est que plus tard, dans les années 1970, qu'on a pu démontrer cette propriété par microspectrophométrie.
Neurones visuelles
Neurones du cortex visuel tel que proposé par une équipe française
©Cortex Productions
Schéma de l'oeil
Su ce schéma de l'oeil en coupe apparait l'orbite globulaire dans la boîte cranienne. On distingue à l'avant, les cils supérieurs et inférieurs. Sur la face avant, ayant l'apparence d'un dome, on voit bien la forme de la cornée, membrane transparente, qui est le prolongement structurel de la sclérotique. Derrière la cornée, on voit le cristallin, illustré ici en rose. Il est retenu par les muscles ciliaires qui agissent sur son épaisseur. Au fond de l'oeil, à droite, on apperçoit en jaune, le nerf optique. C'est la sortie vers le cerveau. Juste un peu en haut du nerf optique se trouve la fovea. Notez que cones et batonnets tapissent complètement l'intérieur de l'oeil, représenté ici en rouge.
©MEDLINEPLUS
Cônes et batonnets
On trouve sur le net les plus belles images de cônes et batonnets. Celle-ci, une microphotographie saisissante, montre bien la forme tubulaire caractéristique des batonnets et la forme conique des cônes, d'où l'appellation de ces derniers. Voici une images agrandie d'un cône, dûe à un illustrateur médical allemand.
