Neurophysiologie du Système Visuel PDF

NEUROPHYSIOLOGIE Titulaire: Dr Carlyne ARNOULD Plan du cours Méthodes d’investigations en neurosciences Bases neurologiques Neuroanatomie Principaux systèmes sensoriels * Système somato-sensoriel (sensibilité somatique) * Système visuel (Vision) Contrôle moteur (Mo...

NEUROPHYSIOLOGIE Titulaire: Dr Carlyne ARNOULD Plan du cours Méthodes d’investigations en neurosciences Bases neurologiques Neuroanatomie Principaux systèmes sensoriels * Système somato-sensoriel (sensibilité somatique) * Système visuel (Vision) Contrôle moteur (Mouvement) * Réflexologie spinale (Réflexes médullaires) * Contrôles sous-corticaux (Tonus postural) * Commandes corticales * Fonction cérébelleuse * Fonction des NGC (ganglions de la base) Associations cérébrales Attention Émotions Apprentissage et mémoire Motivation IV. Système visuel  1. La lumière Longueur d’ondes = distance séparant 2 pics successifs de l’onde électromagnétique Quantum = paquet d’én phys consistant en des radiations électromagn et à laql réagit le syst visuel Photon = 1 quantum d’énergie lumineuse  2. Structure de l’oeil Cornée: lentille translucide réfractaire Cristallin: lentille biconvexe, souple, sur le pourtour de laquelle s’insère le muscle ciliaire (assure chgmt de Fovéa courbure du cristallin). Il permet, l’accomodation (le Pupille muscle se contracte et le cristallin s’arrondit). Commandé par nf III. Avec l’âge, il devient moins élastique et moins transparent. Iris Iris: diaphragme qui modifie quantité de lum sur rétine Chambre antérieure: remplie de liquide transparent (humeur aqueuse)  2. Structure de l’oeil Chambre postérieure: entoure le cristallin, remplie de liquide visqueux (humeur/corps vitré(e)) Rétine: « pellicule d’un app photo » cfr. + tard Fovéa Fovéa: densité la + élevée des photorécepteurs (bonne Pupille résolution spatio-temporelle) Tache aveugle = disque/papille optique: pas de photorécepteurs au niv de la zone d’émergence du nf optique et des vaiss sguins (pas Iris de vision) Cavité antérieure (humeur aqueuse) 2. Mécanismes externes de protection Sclérotique (recouverte de conjonctive) La fermeture de la paupière protège l’œil dans différentes circonstances telles que le sommeil ou la lumière vive. Elle empêche la pénétration de la lumière ≈ 99%. Sclérotique (recouverte de conjonctive)  3. Optique de l’oeil 3.1. Vocabulaire Champ visuel = espace visuel entier vu par l’œil sans bouger ni la tête ni les Y Acuité visuelle = finesse de la vision (diminue du centre du CV à la périph) Tâche aveugle = région qui ne fournit aucune info visuelle (à 20° du côté nasal de la fovéa, 5° de diam)  3. Optique de l’oeil 3.2. Formation de l’image Ds une lentille biconvexe, l’image est inversée.  3. Optique de l’oeil 3.2. Formation de l’image Réfraction = lum se déplace en ligne dr jusqu’à ce qu’elle rencontre un chgmt de densité du milieu, ce qui provoque 1 déviation des rayons lumineux Cornée (courbure fixe), dévie rayons lumineux (convergence car convexe)  3. Optique de l’oeil 3.2. Formation de l’image Une lentille biconvexe a une puissance d’une dioptrie si les rayons parallèles qui l’atteignent convergent (réfraction) vers un point situé à 1m derrière elle sur l’axe principal. L’unité de puissance d’une lentille est donc la dioptrie (D) qui est l’inverse du mètre : 1 D = 1 / m. L’œil au repos a une puissance de réfraction de 59 D (distance focale = 1/59m = 17mm) La puissance d ’une lentille d’une distance focale de 20 cm est de ? 1 P= = 5D 0,20  3. Optique de l’oeil 3.2. Formation de l’image Accommodation = focalisation sur la rétine des images d’obj proches ou éloignés pour que ces obj forment des images rétiniennes précises = mise au point de l’image Cristallin (courbure variable par ms ciliaires) Lentille – convexe Ms cil relâch Ligts /s tension Lentille + convexe Ms cil contr Ligts relâch  3. Optique de l’oeil 3.2. Formation de l’image Quantité de lum pénétrant ds l’oeil = ouverture du diaphragme Pupille (ouverture dans l’iris): dilat par syst sympa (mydriase) et constriction par syst parasymp (myosis)  3. Optique de l’oeil 3.3. Anomalies Réfraction trop imp Lentille biconcave Réfraction trop faible Lentille biconvexe  3. Optique de l’oeil 3.3. Anomalies  3. Optique de l’oeil 3.3. Représentation du champ visuel Position primaire de l’oeil: position œil lsq on regarde dvt soi, tête dr Champ visuel: portion de l’espace qui est couverte par l’optique oculaire lsq on est en position prim de l’œil (en °) 180° 100-130°  3. Optique de l’oeil 3.4. Mouvement des yeux Mvts des yeux: permettent la mise au pt sur des cibles fixes ou mobiles Ms extraoculaires Droits: ext (VI) int (III) sup (III) inf (III) Obliques: sup (IV) inf (III) Saccades = mvts rapides des Y pr déplacer le regard d’1 pt de fixation à 1 ô Nystagmus = pts mvts oscill involont Mvts de poursuite = suivi de faç rég et continue 1 obj en mvt  3. Optique de l’oeil 3.4. Mouvement des yeux  3. Optique de l’oeil 3.4. Mouvement des yeux Fovéa  4. Rétine 4.1. Couches cellulaires Couche pigmentaire ext Couche neuro- épithéliale  4. Rétine 4.1. Couches cellulaires  4. Rétine 4.2. Photorécepteurs Bâtonnet: BÂTONNET 100 millions vision achromatique/scotopique ++ dans périph rétine (pas ds fovéa) Cône: 4 millions vision chromatique/photopique ++ dans centre rétine (+++ fovéa) CÔNE  4. Rétine 4.2. Photorécepteurs  4. Rétine 4.2. Photorécepteurs  4. Rétine 4.3. Propriétés des syst photopique et scotopique Propriété Photopique Scotopique Récepteurs Cônes Bâtonnets Nb/oeil 4 millions 100 millions 3 types d’iodopsines (1 Photopigments rhodopsine par cône) (B,V+,R++) Faible (S forte); vision Forte (S faible); vision Sensibilité diurne nocturne Localisation ds rétine Ds et autour fovéa Périphérie rétine Taille champ récept + Petits CR, gde acuité Gds CR, faible acuité acuité visuelle (++ fovéa) Couleur Vision chromatique Vision achromatique Convergence Faible Forte  4. Rétine 4.4. Phototransduction Lieu: Segment ext des photorécepteurs 1: Activation des pigments visuels: Au repos/obscurité: flux entrant Na+ dépolarise cell (-30mV) S = lum captée par moléc réceptrices photopigment Rétinal Le rétinal se trouve près du centre de la membrane, fixé à l’une des hélices = pigmt visuel Opsine L’opsine est formée de sept hélices transmembranaires et reliées entre elles par de courtes parties recourbées = prot transmembranaire  4. Rétine 4.4. Phototransduction Lieu: Segment ext des photorécepteurs 1: Activation des pigments visuels: Au repos/obscurité: flux entrant Na+ dépolarise cell (-30mV) S = lum captée par moléc réceptrices photopigment Absorption d’1 photon par le rétinal modifie sa forme et active l’opsine 2: Diminution [GMPc]: Activation de l’opsine (transfo opsine en rhodopsine) active la transducine (prot G) Remplacement du GDP par le GTP Division de la sous-unité α + GTP de la prot G Augmentation synth d’un enz = PDE (phospho- diestérase) + transfo rhodopsine en opsine PDE hydrolyse GMPc en 5’-GMP Diminution [GMPc]  4. Rétine 4.4. Phototransduction Lieu: Segment ext des photorécepteurs 3: Hyperpolarisation des photorécepteurs: Au repos/obscurité: maintien ouverture canaux Na+ par GMPc Fermeture canaux Na+ Hyperpolarisation (cell + négative) = signal électr init d’1 activation des voies visuelles Diminution NT ds fente synaptique PE!!!!  4. Rétine 4.4. Photo- transduction  4. Rétine 4.5. Cellules bipolaires Champ récepteur: endr où 1 S visuel active 1 cell au niv rétine Glutamate 2 cell bipolaires naines Chaque cône 2 cell bipolaires diffuses 1 cell horiz Champ récepteur concentrique où centre et périph antagonistes Photorécepteurs Cell horiz  4. Rétine 4.5. Cellules bipolaires Champ récepteur concentrique où centre et périph antagonistes Photorécepteurs Cell horiz  4. Rétine 4.5. Cellules bipolaires  4. Rétine 4.6. Cellules ganglionnaires  4. Rétine 4.6. Cellules ganglionnaires  4. Rétine 4.6. Cellules ganglionnaires Cell ganglionnaires M (Magnocellulaires) P (Parvocellulaires) Grosses cell Petites cell Nbx dendrites (bcp contact cell bip) - de dendrites (peu contact cell bip) Gds CR Petits CR Sens au mvt (dpcmt + loc mvt) Vision des clh + discrimination fine Conduction rapide des formes 10% des cell ganglionnaires Conduction lente Réponse phasique 80% des cell ganglionnaires Réponse tonique (soutenue) [] fovéa Where What  4. Rétine 4.6. Cellules ganglionnaires Bâtonnet Gd CR; peu précis Bâtonnet Cell ganglionnaire intégration de libération de Bâtonnet NT de +h récepteurs; + sens Bâtonnet aux faibles luminosités Pt CR; + précis Cône Cell ganglionnaire - sens aux faibles luminosités  5. Voies visuelles 5.1. Vue d’ensemble Lum Photorécepteurs Cell bip Cell ganglionnaires Chiasma (1/2 rét nasal) Axones = nf optique Tractus optique CGL (80%) Tuberc IVjum sup Noy mésenc (prétectum) Radiations optiques Mydriase Myosis V1 (ouverture) (fermeture) Perception Motricité œil Taille pupille consciente de la (coordination Y et Modif courbure vision (analyse fine des tête % à 1 obj en cristallin détails) mvt)  5. Voies visuelles 5.1. Vue d’ensemble Champ binoc codé par les 2 Y Champ monoc codé par 1 oeil  5. Voies visuelles 5.1. Vue d’ensemble Champ binoc codé par les 2 Y Champ monoc codé par 1 oeil 5. Voies visuelles 5.1. Vue d’ensemble 5. Voies visuelles 5.1. Vue d’ensemble Un hémicortex traite toutes les informations somesthésiques en provenance de l’hémicorps controlatéral Un hémicortex traite toutes les informations visuelles en provenance de l’hémichamp controlatéral 5. Voies visuelles 5.2. Voie rétino-géniculo- occipitale 5. Voies visuelles 5.2. Voie rétino-géniculo- occipitale  5. Voies visuelles 5.2. Voie rétino-géniculo-occipitale Les fibres qui transmettent les informations de la région supérieure du champ visuel passent dans le lobe temporal et constituent la boucle/anse de Meyer (lat). Celles qui transmettent les informations de la région inférieure du champ visuel passent dans le lobe pariétal (boucle méd).  5. Voies visuelles 5.2. Voie rétino-géniculo-occipitale 5. Voies visuelles 5.2. Voie rétino-géniculo-occipitale Organisaltion laminaire du CGL 6 couches superposées de cell 1-2 (ventr): cell M ganglionnaires (localisation, mvt) 3-6 (dors) : cell P ganglionnaires (clh/forme)  5. Voies visuelles 5.2. Voie rétino-géniculo-occipitale Organisaltion laminaire du CGL CGL reç info d’1/2champ controlat chaque couche reç info que d’1 œil à la x: 1, 4, 6: ½ rétine nasale œil controlat (mono + bi) 2, 3, 5: ½ rétine temporale œil ipsilat (bi)  5. Voies visuelles 5.2. Voie rétino-géniculo-occipitale Lésions des voies visuelles Cécité unilat dr 1/2anopsie bitemporale 1/2anopsie lat homonyme g 1/2anopsie homonyme en quadrant sup g 1/2anopsie lat homonyme g avec épargne de la vision maculaire  5. Voies visuelles 5.2. Voie rétino-géniculo-occipitale  5. Voies visuelles 5.3. Voie rétino-tectale 20% des f quittent voie rétino-géniculée avant CGL pr tuberc IVjum sup Tuberc IVjum sup: Couche superf = sensorielle Couche prfde = motrice Effces: MN ms extra-oculaires (noy III, IV, VI) MN ms cervic (me cervic) Fct: Mvts coordonnés des Y et de la tête Pq? Fovéa = acuité max  5. Voies visuelles 5.4. Voie rétino-mésencéphalique f quittent voie rétino-géniculée avant CGL pr noy oculo-moteurs access (en avt des tuberc IVjum sup) Arc rfx à 4 neurones: 1. Cell ganglionnaires aux noy mésencéph (prétectum) 2. Noy mésencéph aux noy oculo-mot access (près noy III) (ipsi et controlat) 3. Noy oculo-mot access au ganglion ciliaire (près globe oculaire) 4. Ganglion ciliaire aux ms intra-oculaires Fct: Modification courbure cristallin (mise au pt image) Rfx pupillaire (myosis ou mydriase) 5. Voies visuelles 5.4. Voie rétino- mésencéphalique  6. Cortex visuel primaire 6.1. Introduction = cortex strié Localisation: aire 17 (sciss calcarine) 6 couches; couche 4 fort dvpée: 4a, 4b, 4cα, 4cβ 6.2. Couches de V1 Couche 1: pas de neurones Couches 2-3: Blobs (amas sphérique de neur à hte activ métab; clh; cônes) Interblobs (faible act métab; réponses aux S des bâtonnets + cônes (forme)) Couche 4: reç axones CGL Couche 5-6 (blobs)  6. Cortex visuel primaire 6.3. CGL vers V1 Maj f sur couche 4 (sauf Blobs ds couches 2 et 3 pr cell P) Cell M (couches 1,2 CGL) vers 4 cα, 4b, 2-3 (interblobs) Cell P (couches 3-6 CGL) vers 4cβ, 4a, 2-3 (Blobs + interblobs) /so-cortic Mésencéph CGL ÔV 5 6 2-3 Blobs Inter- blobs 4b 4a 4cα 4cβ Inter- blobs Cell M Cell P Mvt Forme Couleur  6. Cortex visuel primaire 6.4. Rétinotopie = Représentation géographique de la rétine (jusque V1) Int Ext Int En-dessous de sciss Au-dessus de sciss  6. Cortex visuel primaire 6.5. Organisation en colonnes de V1 Représentations séparées pr 4 param visuels: Localisation S (centre/périph) Orientation des barres Dominance oculaire Couleur Col Dominance oc g + Blobs d’orientation Hypercolonnes Dominance oc dr  6. Cortex visuel primaire 6.5. Organisation en colonnes de V1 Colonnes de dominance oculaire  6. Cortex visuel primaire 6.5. Organisation en colonnes de V1 Colonnes de dominance oculaire  6. Cortex visuel primaire 6.5. Organisation en colonnes de V1 Orientation des barres: colonnes d’orientation cell simples qui répondent à 1 orientation donnée du S (aux lignes qui ont 1 cert orientation) Perpendic aux colonnes de domin oc 5° en 5°  6. Cortex visuel primaire 6.5. Organisation en colonnes de V1 Cell de la couche IVc (ganglionnaires, CGL) concik + centre/périph antagonistes taille varie avec excentricité Cell cortic simples (V1) rép à l’orientation des barres (orientation de son centre) contour de l’image convergence de +h cell du CGL sur ctx, cell du CGL qui sont physiquement disposées en ligne sur la rétine.  6. Cortex visuel primaire 6.5. Organisation en colonnes de V1 Cell cortic simples (V1)  6. Cortex visuel primaire 6.5. Organisation en colonnes de V1 Cell cortic simples (V1)  6. Cortex visuel primaire 6.5. Organisation en colonnes de V1 Blobs amas sphériques de neurones couches 2-3 (5-6) vision couleur (cônes) affces directes des cell P du CGL  6. Cortex visuel primaire 6.5. Organisation en colonnes de V1 Localisation du S: hypercolonnes Regroupement des col d’orientation et de dom oc + blobs Permet localisation précise du S Info visuelle des 2 Y arrivent ds hypercol selon la localisation du S Analyse ttes les propr d’1 partie du champ visuel (contour image)  6. Cortex visuel primaire 6.6. Fct de V1 Analyse du contour de l’image Décomposition d’1 image en segments d’orientations ≠ Ségrégation de l’info relative à la couleur, forme, mvt Forme Localisation  7. Cellules visuelles du cortex 7.0. Organisation générale 7. Cellules visuelles du cortex 7.1. Cellules corticales simples (V1) 7. Cellules visuelles du cortex 7.2. Cellules corticales complexes (V2) Réponse à 1 S lumin en mvt avec 1 orientation donnée Convergence des axones des cell simples ayant 1 même orientation préférentielle lsq ces cell sont activées séquentiellement pas S en mvt Fréquence de décharge proportionnelle à la v du mvt  7. Cellules visuelles du cortex 7.2. Cellules corticales complexes (V2) Réponse à 1 S lumin en mvt avec 1 orientation donnée Convergence des axones des cell simples ayant 1 même orientation préférentielle lsq ces cell sont activées séquentiellement pas S en mvt Fréquence de décharge proportionnelle à la v du mvt Sensible à la direction du mvt + à la taille du S  7. Cellules visuelles du cortex 7.3. Cellules corticales hypercomplexes (V5) Réponse à des formes en mvt Convergence des axones de cell cplx 1 partie du CR est excitatrice, l’ô inhib Réponse proportionnelle à la surf éclairée du CR par 1 S lum (+ vitesse) 8. Vision stéréoscopique (relief)  8. Vision stéréoscopique (relief) 8.1. Infos monoculaires Extrapolation d’1 info % au relief et distance à partir d’1 photo en 2D Familiarité = idée acquise de la taille, distance Interposition = si qqch caché à ½ par ô ch, elle existe en entier Illumination/ombres = qqch dvt est en gén + illuminé  8. Vision stéréoscopique (relief) 8.1. Infos monoculaires Extrapolation d’1 info % au relief et distance à partir d’1 photo en 2D Perspective = la distance /e/ les objets est dét par la convergence de lignes en 1 point  8. Vision stéréoscopique (relief) 8.1. Infos monoculaires Extrapolation d’1 info % au relief et distance à partir d’1 photo en 2D Parallaxe: différence de vision qui se crée lsq on regarde de 2 points de vue ≠; impact du chgmt de position de l’obsh sur l’obj observé (inég /e/ 2 images rétiniennes successives d’1 même obj)  8. Vision stéréoscopique (relief) 8.1. Infos binoculaires Disparité rétinienne = ≠ce de projection des éléments de l’image s/ chaque rétine résultant de l’écartement des 2 Y (les images d’1 obj enregistrées de 2 points de vue ≠ ne sont pas exactement superposables sur la rétine) chaque 1/2sph reçoit image og et od = 2 images d’1 même obj vues de 2 endr ≠ Lunette rouge/verte  9. Vision des couleurs 9.1. Introduction Couleurs dépendent des λ de la lum réfléchie, absorbée ou transmise par les obj de l’envt Obj perçu cô bleu: λ courtes, lum bleue est absorbée par obj Obj perçu cô rouge: λ longues, lum rouge est réfléchie par obj Blanc = mélange de ttes les λ Noir = absence de lum  9. Vision des couleurs 9.2. Cônes Cell réceptrices spécialisées pr répondre à cert λ de lum Activation des pigments photosensibles: 3 pigments ≠ 3 cônes ≠ ayant des pigments sens au B, V, R (absorption de ≠ λ) Chaque cône répond aux ô λ (distinction d’1 variété de teintes) 9. Vision des couleurs 9.3. Cell ganglionnaires et P du CGL Cell M: input des bâtonnets ou des 3 types de cônes, ne signale pas 1 coulh en partic Cell P: codage coulh spécif Cell ganglionnaires = Cell à simple opposition/antagonisme spectral Cell R+/V- = L+/M- 1 input excitateur d’1 type de cône (R: longue) 1 input inhibiteur d’1 ô type de cône (V: moy)  9. Vision des couleurs 9.3. Cell ganglionnaires et P du CGL R V B Brillance B R Obscurité 9. Vision des couleurs 9.4. Cell corticales Lieu : Blobs (couches cortic 2-3 (+5-6)) de V4 Cell à double opposition/antagonisme spectral (rouge sur fond vert) R+ G- R- G+ Convergence de cell à simple antagonisme spectral Fct: perception ≠ de la coulh en fct du fond sur laql elle est présentée Cell orientées: convergence de cell à double antagonisme spectral (réponse à 1 bande rouge sur fond vert)  9. Vision des couleurs 9.5. Troubles Achromatopsie = perte de vision des couleurs Daltonisme = Absence de pigment photosens (s/ chrom X) ou malfo des cônes; incap de distinguer R et V jusqu’à vision en gris Test d’Ishihara  10. Vision du mouvement Cert cell ganglionnaires répondent préférentiellement à 1 cert direction du mvt des obj Lieu: V5 Lésion V5: achinétopsie = incap de percevoir mvt  11. Résumé des voies visuelles Syst ventral Syst dorsal Vision focale Vision globale (what) (where) (champ petit) (champ large) Lent Rapide Inférotemporal Pariétal 11. Résumé des voies visuelles Forme Forme Forme Forme Syst ventral Syst dorsal Vision focale Vision globale (what) (where) (champ petit) (champ large) Lent Rapide Inférotemporal Pariétal  Dias supplémentaires 11. Résumé des voies visuelles  4. Rétine 4.5. Cellules bipolaires Photorécepteurs Cône Bâtonnet 2 types de Syn inversant synapses signe de polarisation Cell bipolaires  4. Rétine 4.6. Cellules ganglionnaires Photorécepteurs Cône Bâtonnet 2 types de Syn inversant synapses signe de polarisation Cell bipolaires Contact direct Cell ganglionnaires  4. Rétine 4.6. Cellules ganglionnaires