Comment fonctionne la vision

Bien que de petite taille, l'œil est un organe très complexe. flashfilm / Getty Images

Ce n'est pas un hasard si la fonction principale du soleil au centre de notre système solaire est de fournir de la lumière. La lumière est ce qui anime la vie. Il est difficile d'imaginer notre monde et notre vie sans lui.

La perception de la lumière par les êtres vivants est presque universelle. Les plantes utilisent la lumière grâce à la photosynthèse pour se développer. Les animaux utilisent la lumière pour chasser leurs proies ou pour détecter et échapper aux prédateurs.

-Certains disent que c'est le développement de la vision stéréoscopique, ainsi que le développement du grand cerveau humain et la libération des mains de la locomotion, qui ont permis aux humains d'évoluer à un niveau aussi élevé. fonctionnement interne de l'œil humain!

Contenu

1. Anatomie de base
2. Percevoir la lumière
3. Vision des couleurs
4. Daltonisme
5. Carence en vitamine A
6. Réfraction
7. Vision normale
8. Erreurs de réfraction
9. Astigmatisme
10. Perception de la profondeur
11. Cécité

Bien que de petite taille, l'œil est un organe très complexe. L'œil mesure environ 2,54 cm de large, 1 pouce de profondeur et 2,3 cm de haut.

La couche la plus résistante et la plus externe de l'œil est appelée sclérotique. Il maintient la forme de l'œil. Le sixième avant de cette couche est clair et s'appelle le cornée. Toute lumière doit d'abord traverser la cornée lorsqu'elle pénètre dans l'œil. Attachés à la sclérotique se trouvent les muscles qui déplacent l'œil, appelés muscles extraoculaires.

le choroïde (ou tractus uvéal) est la deuxième couche de l'œil. Il contient les vaisseaux sanguins qui irriguent les structures de l'œil. La partie avant de la choroïde contient deux structures:

• le le corps ciliaire - Le corps ciliaire est une zone musculaire qui est attachée à la lentille. Il se contracte et se détend pour contrôler la taille de l'objectif pour la mise au point.
• le iris - L'iris est la partie colorée de l'œil. La couleur de l'iris est déterminée par la couleur du tissu conjonctif et des cellules pigmentaires. Moins de pigment rend les yeux bleus; plus de pigment rend les yeux bruns. L'iris est un diaphragme réglable autour d'une ouverture appelée élève.

L'iris a deux muscles: Le dilatateur le muscle rend l'iris plus petit et donc la pupille plus grande, laissant entrer plus de lumière dans l'œil; les sphincter le muscle rend l'iris plus grand et la pupille plus petite, laissant moins de lumière dans l'œil. La taille des pupilles peut passer de 2 millimètres à 8 millimètres. Cela signifie qu'en modifiant la taille de la pupille, l'œil peut changer la quantité de lumière qui y pénètre de 30 fois.

La couche la plus interne est le rétine -- la partie sensible à la lumière de l'œil. Il contient cellules de tige, qui sont responsables de la vision en basse lumière, et cellules coniques, qui sont responsables de la vision des couleurs et des détails. À l'arrière de l'œil, au centre de la rétine, se trouve le macule. Au centre de la macula se trouve une zone appelée Fovea centralis. Cette zone ne contient que des cônes et est responsable de voir clairement les détails fins.

La rétine contient un produit chimique appelé rhodopsine, ou "violet visuel". C'est le produit chimique qui convertit la lumière en impulsions électriques que le cerveau interprète comme une vision. Les fibres nerveuses rétiniennes se rassemblent à l'arrière de l'œil et forment le nerf optique, qui conduit les impulsions électriques vers le cerveau. L'endroit où le nerf optique et les vaisseaux sanguins sortent de la rétine est appelé le disque optique. Cette zone est une tache aveugle sur la rétine car il n'y a pas de bâtonnets ou de cônes à cet endroit. Cependant, vous n'êtes pas au courant de cette tache aveugle car chaque œil couvre la tache aveugle de l'autre œil.

Lorsqu'un médecin regarde l'arrière de votre œil à travers un ophtalmoscope, voici la vue:

À l'intérieur du globe oculaire, il y a deux sections remplies de liquide séparées par la lentille. La partie arrière plus grande contient un matériau transparent semblable à un gel appelé humeur vitreuse. La partie avant plus petite contient un matériau clair et aqueux appelé humeur aqueuse. L'humeur aqueuse est divisée en deux sections appelées la chambre antérieure (devant l'iris) et la chambre postérieure (derrière l'iris). L'humeur aqueuse est produite dans le corps ciliaire et est drainée à travers le canal de Schlemm. Lorsque ce drainage est bloqué, une maladie appelée glaucome peut résulter.

le lentille est une structure claire et biconvexe d'environ 10 mm (0,4 pouces) de diamètre. Le cristallin change de forme car il est attaché aux muscles du corps ciliaire. La lentille est utilisée pour affiner la vision.

Couvrant la surface intérieure des paupières et de la sclérotique se trouve une membrane muqueuse appelée conjonctive, ce qui aide à garder les yeux humides. Une infection de cette zone est appelée conjonctivite (également appelé œil rose).

L'œil est unique en ce qu'il est capable de se déplacer dans de nombreuses directions pour maximiser le champ de vision, tout en étant protégé des blessures par une cavité osseuse appelée le cavité orbitale. L'œil est noyé dans la graisse, ce qui offre un certain amorti. Les paupières protègent l'œil en clignotant. Cela maintient également la surface de l'œil humide en répandant des larmes sur les yeux. Les cils et les sourcils protègent l'œil des particules qui peuvent le blesser.

Les larmes sont produites dans le glandes lacrymales, qui sont situés au-dessus du segment externe de chaque œil. Les larmes finissent par s'écouler dans le coin interne de l'œil, dans le sac lacrymal, puis à travers le conduit nasal et dans le nez. C'est pourquoi ton nez coule quand tu pleures.

Il y a six muscles attachés à la sclère qui contrôlent les mouvements de l'œil. Ils sont présentés ici:

Muscles et fonctions primaires:

• Droit médial: déplace l'œil vers le nez
• Droit latéral: éloigne l'œil du nez
• Droit supérieur: lève les yeux
• Droit inférieur: abaisse l'œil
• Œil de rotation oblique supérieur
• L'oblique inférieure tourne l'œil

Dans la section suivante, vous apprendrez comment l'œil perçoit la lumière.

Lorsque la lumière pénètre dans l'œil, elle traverse d'abord la cornée, puis l'humeur aqueuse, le cristallin et l'humeur vitreuse. Finalement, il atteint le rétine, qui est la structure de détection de la lumière de l'œil. La rétine contient deux types de cellules, appelées bâtonnets et cônes. Tiges gérer la vision en basse lumière, et cônes gérer la vision des couleurs et les détails. Lorsque la lumière entre en contact avec ces deux types de cellules, une série de réactions chimiques complexes se produit. Le produit chimique qui se forme (rhodopsine activée) crée des impulsions électriques dans le nerf optique. En général, le segment externe des tiges est long et mince, tandis que le segment externe des cônes est plutôt en forme de cône. Voici un exemple de tige et de cône:

Le segment externe d'une tige ou d'un cône contient les produits chimiques photosensibles. Dans les tiges, ce produit chimique est appelé rhodopsine; dans les cônes, ces produits chimiques sont appelés pigments de couleur. La rétine contient 100 millions de bâtonnets et 7 millions de cônes. La rétine est tapissée de pigment noir appelé mélanine -- tout comme l'intérieur d'un appareil photo est noir - pour réduire la quantité de réflexion. La rétine a une zone centrale, appelée le macule, qui contient une concentration élevée de cônes uniquement. Cette zone est responsable d'une vision nette et détaillée.

Lorsque la lumière pénètre dans l'œil, elle entre en contact avec la rhodopsine chimique photosensible (également appelée visuel violet). La rhodopsine est un mélange d'une protéine appelée scotopsine et 11-cis-rétinien -- ce dernier est dérivé de la vitamine A (c'est pourquoi un manque de vitamine A provoque des problèmes de vision). La rhodopsine se décompose lorsqu'elle est exposée à la lumière, car la lumière provoque un changement physique dans la partie 11-cis-rétinienne de la rhodopsine, la changeant en rétinien tout trans. Cette première réaction ne prend que quelques trillionièmes de seconde. Le 11-cis-rétinal est une molécule angulée, tandis que tout-trans rétinal est une molécule droite. Cela rend le produit chimique instable. La rhodopsine se décompose en plusieurs composés intermédiaires, mais finalement (en moins d'une seconde) se forme métarhodopsine II (rhodopsine activée). Ce produit chimique provoque des impulsions électriques qui sont transmises au cerveau et interprétées comme de la lumière. Voici un diagramme de la réaction chimique dont nous venons de parler:

Rhodopsine activée provoque des impulsions électriques de la manière suivante:

1. La membrane cellulaire (couche externe) d'une cellule en bâtonnet a une charge électrique. Lorsque la lumière active la rhodopsine, elle provoque une réduction du GMP cyclique, ce qui fait augmenter cette charge électrique. Cela produit un courant électrique le long de la cellule. Lorsque plus de lumière est détectée, plus de rhodopsine est activée et plus de courant électrique est produit.
2. Cette impulsion électrique atteint finalement une cellule ganglionnaire, puis le nerf optique.
3. Les nerfs atteignent le gouffre optique, où les fibres nerveuses de la moitié intérieure de chaque rétine se croisent vers l'autre côté du cerveau, mais les fibres nerveuses de la moitié extérieure de la rétine restent du même côté du cerveau.
4. Ces fibres atteignent finalement l'arrière du cerveau (lobe occipital). C'est là que la vision est interprétée et s'appelle le cortex visuel primaire. Certaines des fibres visuelles vont à d'autres parties du cerveau pour aider à contrôler les mouvements oculaires, la réponse des pupilles et de l'iris et le comportement.

Finalement, la rhodopsine doit être reformée pour que le processus puisse se reproduire. Le rétinal tout-trans est converti en 11-cis-rétinal, qui se recombine ensuite avec la scotopsine pour former la rhodopsine pour recommencer le processus lorsqu'il est exposé à la lumière.

Les produits chimiques sensibles à la couleur dans les cônes sont appelés pigments de cône et sont très similaires aux produits chimiques dans les tiges. La partie rétinienne du produit chimique est la même, mais la scotopsine est remplacée par des photopsines. Par conséquent, les pigments sensibles à la couleur sont constitués de rétine et de photopsines. Il existe trois types de pigments sensibles à la couleur:

• Pigment sensible au rouge
• Pigment sensible au vert
• Pigment sensible au bleu

Chaque cellule conique possède l'un de ces pigments de sorte qu'elle est sensible à cette couleur. L'œil humain peut détecter presque n'importe quelle gradation de couleur lorsque le rouge, le vert et le bleu sont mélangés.

Dans le diagramme ci-dessus, les longueurs d'onde des trois types de cônes (rouge, vert et bleu) sont indiquées. le absorption maximale du pigment sensible au bleu est de 445 nanomètres, pour le pigment sensible au vert, il est de 535 nanomètres et pour le pigment sensible au rouge, il est de 570 nanomètres.

Le daltonisme est l'incapacité de différencier les différentes couleurs. Le type le plus courant est le daltonisme rouge-vert. Cela se produit chez 8% des hommes et 0,4% des femmes. Cela se produit lorsque les cônes rouges ou verts ne sont pas présents ou ne fonctionnent pas correctement. Les personnes ayant ce problème ne sont pas complètement incapables de voir le rouge ou le vert, mais confondent souvent les deux couleurs.

C'est un trouble héréditaire et affecte plus fréquemment les hommes puisque la capacité de vision des couleurs se situe sur le Chromosome X. (Les femmes ont deux chromosomes X, donc la probabilité d'hériter d'au moins un X avec une vision des couleurs normale est élevée; les hommes n'ont qu'un seul chromosome X avec lequel travailler. Cliquez ici pour en savoir plus sur les chromosomes.). L'incapacité de voir une couleur ou de ne voir que dans différentes nuances de gris est très rare.

Pour en savoir plus sur le daltonisme, cliquez ici.

Lorsqu'une carence sévère en vitamine A est présente, alors cécité nocturne se produit.

La vitamine A est nécessaire pour former rétinienne, qui fait partie de la molécule de rhodopsine. Lorsque les niveaux de molécules sensibles à la lumière sont faibles en raison d'une carence en vitamine A, il se peut qu'il n'y ait pas assez de lumière la nuit pour permettre la vision. Pendant la journée, la stimulation lumineuse est suffisante pour produire une vision malgré de faibles niveaux de rétine.

Lorsque les rayons lumineux atteignent une surface angulée d'un matériau différent, les rayons lumineux se courbent. C'est appelé réfraction. Lorsque la lumière atteint une lentille convexe, les rayons lumineux se plient vers le centre:

Lorsque les rayons lumineux atteignent une lentille concave, les rayons lumineux s'éloignent du centre:

L'œil a de multiples surfaces angulées qui font plier la lumière. Ceux-ci sont:

• L'interface entre l'air et l'avant de la cornée
• L'interface entre l'arrière de la cornée et l'humeur aqueuse
• L'interface entre l'humeur aqueuse et l'avant de l'objectif
• L'interface entre l'arrière de la lentille et l'humeur vitreuse

Lorsque tout fonctionne correctement, la lumière traverse ces quatre interfaces et arrive sur la rétine avec une mise au point parfaite.

Vision ou acuité visuelle est testé en lisant une carte oculaire de Snellen à une distance de 20 pieds. En regardant beaucoup de gens, les ophtalmologistes ont décidé ce qu'un être humain «normal» devrait être capable de voir lorsqu'il se tient à 6 mètres d'un diagramme oculaire. Si vous avez une vision 20/20, cela signifie que lorsque vous vous tenez à 20 pieds de la carte, vous pouvez voir ce qu'un être humain «normal» peut voir. (En métrique, la norme est de 6 mètres et elle est appelée vision 6/6). En d'autres termes, si vous avez une vision 20/20, votre vision est «normale» - une majorité de personnes dans la population peut voir ce que vous pouvez voir à 6 mètres.

Si vous avez une vision de 20/40, cela signifie que lorsque vous vous tenez à 6 mètres de la carte, vous ne pouvez voir que ce qu'un humain normal peut voir en se tenant à 12 mètres de la carte. Autrement dit, si une personne «normale» se tient à 12 mètres de la carte et que vous êtes à seulement 6 mètres de la carte, vous et la personne normale pouvez voir le même détail. 20/100 signifie que lorsque vous vous tenez à 20 pieds de la carte, vous ne pouvez voir que ce qu'une personne normale à 100 pieds de distance peut voir. 20/200 est le seuil de la cécité juridique aux États-Unis.

Vous pouvez également avoir une vision meilleure que la norme. Une personne avec une vision de 20/10 peut voir à 20 pieds ce qu'une personne normale peut voir lorsqu'elle se tient à 10 pieds de la carte.

Les faucons, hiboux et autres oiseaux de proie ont une vision beaucoup plus aiguë que les humains. Un faucon a un œil beaucoup plus petit qu'un être humain mais a beaucoup de capteurs (cônes) emballés dans cet espace. Cela donne une vision de faucon huit fois plus aiguë que celle d'un humain. Un faucon pourrait avoir une vision 20/2!

Normalement, votre œil peut focaliser une image exactement sur la rétine:

La myopie et l'hypermétropie surviennent lorsque la mise au point n'est pas parfaite.

Quand myopie (myopie) est présente, une personne est capable de bien voir les objets proches et a du mal à voir les objets éloignés. Les rayons lumineux se focalisent devant la rétine. Cela est dû à un globe oculaire trop long ou à un système de lentilles trop puissant pour faire la mise au point. La myopie est corrigée avec un lentille concave. Cette lentille fait légèrement diverger la lumière avant d'atteindre l'œil, comme on le voit ici:

Quand presbytie (hypermétropie) est présente, une personne est capable de bien voir les objets distants et a du mal à voir les objets proches. Les rayons lumineux se concentrent derrière la rétine. Cela est dû à un globe oculaire trop court ou à un système de lentilles dont la puissance de mise au point est trop faible. Ceci est corrigé avec un lentille convexe, comme vu ici:

Voir comment fonctionnent les problèmes de vision réfractive et comment fonctionnent les verres correcteurs pour plus de détails.

Astigmatisme est une courbure inégale de la cornée et provoque une distorsion de la vision. Pour corriger cela, une lentille est formée pour corriger les irrégularités.

Pourquoi la vision empire-t-elle avec l'âge?

En vieillissant, la lentille devient moins élastique. Il perd sa capacité à changer de forme. C'est appelé presbytie et est plus visible lorsque nous essayons de voir des choses de près, car le corps ciliaire doit se contracter pour rendre la lentille plus épaisse. La perte d'élasticité empêche la lentille de devenir plus épaisse. En conséquence, nous perdons la capacité de nous concentrer sur des objets proches.

Au début, les gens commencent à tenir les choses plus loin pour les voir au point. Cela devient généralement perceptible lorsque nous atteignons la mi-quarantaine. Finalement, l'objectif est incapable de bouger et devient plus ou moins focalisé en permanence à une distance fixe (qui est différente pour chaque personne).

Pour corriger cela, bifocaux sont requis. Les verres bifocaux sont une combinaison d'une lentille inférieure pour la vision de près (lecture) et d'une lentille supérieure pour la vision de loin.

L'œil utilise trois méthodes pour déterminer la distance:

• La taille d'un objet connu sur votre rétine - Si vous connaissez la taille d'un objet à partir d'une expérience antérieure, votre cerveau peut alors mesurer la distance en fonction de la taille de l'objet sur la rétine..
• Déplacement de la parallaxe - Lorsque vous bougez votre tête d'un côté à l'autre, les objets proches de vous se déplacent rapidement sur votre rétine. Cependant, les objets éloignés bougent très peu. De cette façon, votre cerveau peut dire à peu près à quelle distance quelque chose est de vous.
• Vision stéréo - Chaque œil reçoit une image différente d'un objet sur sa rétine car chaque œil est distant d'environ 2 pouces. Cela est particulièrement vrai lorsqu'un objet est proche de vos yeux. Ceci est moins utile lorsque les objets sont éloignés car les images sur la rétine deviennent plus identiques à mesure qu'elles sont éloignées de vos yeux.

La cécité juridique est généralement définie comme l'acuité visuelle moins de 20/200 avec des verres correcteurs. Maintenant que vous avez appris une certaine anatomie de l'œil et son fonctionnement, il devient plus facile de comprendre comment les conditions suivantes peuvent conduire à la cécité:

• Cataractes - Il s'agit d'un trouble dans la lentille qui empêche la lumière d'atteindre la rétine. Cela devient plus courant avec l'âge, mais les bébés peuvent naître avec une cataracte. À mesure qu'elle s'aggrave, une intervention chirurgicale peut être nécessaire pour retirer la lentille et placer une lentille intraoculaire.
• Glaucome - Si l'humeur aqueuse ne s'écoule pas correctement, la pression s'accumule dans l'œil. Cela provoque la mort des cellules et des fibres nerveuses à l'arrière de l'œil. Cela peut être traité avec des médicaments et une chirurgie.
• La rétinopathie diabétique - Les personnes atteintes de diabète peuvent obtenir un blocage des vaisseaux sanguins, des fuites de vaisseaux sanguins et des cicatrices pouvant conduire à la cécité. Cela peut être traité avec une chirurgie au laser.
• Dégénérescence maculaire - Chez certaines personnes, la macula (qui est responsable des détails fins au centre de la vision) peut se détériorer avec l'âge pour des raisons inconnues. Cela entraîne une perte de vision centrale. Cela peut parfois être aidé avec la chirurgie au laser.
• Traumatisme - Un traumatisme direct ou des blessures chimiques peuvent causer suffisamment de dommages aux yeux pour empêcher une vision adéquate.
• Rétinite pigmentaire - Il s'agit d'une maladie héréditaire qui provoque une dégénérescence de la rétine et un excès de pigment. Elle provoque d'abord la cécité nocturne puis la vision tunnel, qui évolue souvent progressivement vers la cécité totale. Il n'y a pas de traitement connu.
• Trachome - Il s'agit d'une infection causée par un organisme appelé Chlamydia trachomatis. C'est une cause courante de cécité dans le monde, mais elle est rare aux États-Unis. Il peut être traité avec des antibiotiques.

Il existe de nombreuses autres causes de cécité, telles que la carence en vitamine A, les tumeurs, les accidents vasculaires cérébraux, les maladies neurologiques, d'autres infections, les maladies héréditaires et les toxines. Pour plus d'informations, consultez les liens sur la page suivante.

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• Instituts nationaux de la santé: National Eye Institute
• Galerie des illusions
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A propos de l'auteur

Carl Bianco, M.D., est un urgentologue exerçant à l'hôpital général de Dorchester à Cambridge, Maryland. Le Dr Bianco a fréquenté la faculté de médecine de l'École de médecine de l'Université de Georgetown et a obtenu son diplôme de premier cycle de l'Université de Georgetown avec une spécialisation en sciences infirmières et en médecine préparatoire. Il a effectué un stage et une résidence en médecine d'urgence à l'hôpital Akron City à Akron, Ohio.

Le Dr Bianco vit près de Baltimore avec sa femme et ses deux enfants.