PARTIE 1 (8 points) -  REPRÉSENTATION VISUELLE   - repère  13SCELNC3


PROTHÈSE VISUELLE : RÉSULTATS MODESTES MAIS ENCOURAGEANTS !

« La première implantation d'une prothèse visuelle
La simulation du nerf optique a confirmé la possibilité de ressentir des perceptions lumineuses à partir de stimulations électriques. Le système se présente sous la forme d'une caméra fixée sur des lunettes. Les images enregistrées par la caméra sont simplifiées et traduites sous forme de stimulations électriques engendrant des perceptions lumineuses au niveau du cerveau. »
Source : D'après un site généraliste sur la santé : http://www.e-sante.be

Document 1 : Schémas simplifiés de l'œil et de la caméra numérique
Pour obtenir une image nette, la mise au point de la caméra s'effectue par un déplacement de l'objectif.


Source : Modifié d'après le site www.aveugles.org


Document 2 : Les photorécepteurs de l'œil et de la caméra

Schéma de l'organisation des photorécepteurs d'une caméra
 Source : Modifié d'après le document de Vincent BOCKAERT
Fragment de rétine observé au microscope électronique à balayage
(grossissement X3000) 1 : cône, 2 : bâtonnets
www.serimedis.inserm.fr


Document 3 : Coupe d'un câble électrique et d'un nerf

Source : Modifié d'après le site d'un enseignant : www.svt-monde.org

COMMENTAIRE ARGUMENTÉ
Mme Wu est non voyante suite à une dégénérescence de la rétine. Son petit fils lui a lu l'article de e-sante.be. Cependant, elle ne comprend pas qu'une caméra puisse jouer le rôle d'un œil ; elle lui demande donc des explications.
Vous êtes le petit fils de Mme Wu, et vous devez lui expliquer en quoi une caméra numérique a un fonctionnement similaire mais certainement pas identique à celui de son système visuel.
Vous développerez votre argumentation en vous appuyant sur les documents et vos connaissances (qui intègrent entre autres les connaissances acquises dans les différents champs disciplinaires).

Éléments de correction :
Dans une caméra numérique, le capteur placé au fond (en arrière) du sytème optique (composé de différentes lentilles convergentes et d'un diaphragme) reçoit les rayons lunineux (photons), les transforme en un signal électrique modulé en intensité, qui est ensuite soit enregistré directement dans un fichier numérique, soit en même temps redirigé vers un écran affichant l'image reçue. Dans le cas d'une caméra branchée sur le nerf optique, on envoie les petis signaux électriques émis par le capteurs directement dans le nerf optique en excitant ainsi les cellules nerveuses qui le composent.
Or on sait que dans l'œil, la rétine contient de nombreuses cellules nerveuses modifiées (les photorécepteurs, de type bâtonnets et de type cônes) qui envoient un signal électrique (ou plutôt ionique) à plusieurs types de cellules nerveuses de la rétine dont les prolongements passent ensuite par le nerf optique pour gagner le cortex visuel après un relais (dans les corps genouillés latéraux et le thalamus).
Le nerf est donc relativement comparable (Doc 3) à un fil électrique multiple dans les prolongements cellulaires seraient équivalent aux fils conducteurs. La comparaison peut même être poussée assez loin en ce qui concerne la structure, étant donné que les neurones ont une gaine isolante (gaine de myéline) un peu comme la gaine plastique de chaque fil conducteur (voir coupe transversale de nerf optique humain ; les vaisseaux sont au centre du nerf; les neurones sont regroupés en faisceaux dont les fines limites plus sombres sont visibles).
Pour ce qui est de la comparaison entre le capteur numérique et les photorécepteurs rétiniens (doc 2), on peut aussi remarquer que chaque élément du capteur (photosite) correspond (dans certaines configurations de capteurs non photochimiques) à une seule couleur (ce qui est dû, semble-t-il, à l'usage de filtres colorés: voir ici), comme chaque type de cône est sensible à un certain domaine de longeur d'onde, on nomme les trois type de cônes en fonction de leur sensibilité maximale au Rouge, Vert ou Bleu... tout comme ici les photosites.  Les bâtonnets, quand à eux, ayant un large spectre de sensibilité, ne permettent pas de distinguer les couleurs, mais permettent de voir dans des ambiances à faible luminosité.
Pour ce qui est du système optique (Doc 1) on remarquera que dans un appareil photographique la mise au point se fait en déplaçant la lentille (et en modifiant l'ouverture du diaphragme), alors que dans l'œil, si l'iris et sa pupille peuvent être considérés comme un diaphragme, la mise au point se fait par modification de la convergence de la lentille (le cristallin "accomode") et non par le déplacement de celui-ci.
S'il n'est pas surprenant que l'on ait réussi à obtenir des sensations lumineuses par implantations d'électrodes en provenance d'un capteur photographique dans le nerf optique, il serait plus qu'étonnant que l'on puisse ainsi obtenir une IMAGE même si certains espèrent l'obtenir (voir sujet Métropole 2014 : implants rétiniens). Le sens visuel est le plus complexe de tous les sens. La rétine est un morceau de cerveau au fond ed l'œil et le traitement de l'information lumineuse est extrêmement élaboré; il s'agit d'une sensation multiple qui regroupe la luminosité, la couleur, la direction et même les perceptions d'autres sens. On est bien loin d'une correspondance simple, comme dans le cas d'une caméra, entre un point récepteur et un point image dans le cerveau (ici le cortex visuel qui se trouve dans la partie occipitale du cerveau). L'image cérébrale est CONSTRUITE à partir des sensations multiples et le traitement rétinien est un élément essentiel de cette perception (et il est shunté dans le cas d'implantation d'électrodes dans le nerf).


Barême suivi en contrôle:
connaissances exigées :
connaissances :
1 - système optique
    + lentilles > cornée + cristallin = convergence / déplacement / déformation
    + diaphragme > iris = intensité lumineuse et rayons //
2 - système photosensible (transduction lumière > électrique-ionique)
    + photosites > photorécepteurs = couleurs primaires et synthèse additive / 3 types de cônes (spectre) et bâtonnets sensibles aux faibles intensités lumineuses (nuit)
3 - système de conduction/stockage/traitement
    + câbles > nerfs
    + carte mémoire > cerveau (voire rétine)
    + traitement informatique > intégration neurone rétine / cerveau

La problématique étant bien  la comparaison entre l’ œil et la caméra numérique