L'Œil

L'œil est l'organe de la vision, sens qui permet à un être vivant de capter la lumière pour ensuite l'analyser et interagir avec son environnement.

Dans le monde animal, il existe au moins quarante types d'organes visuels que l'on appelle « yeux ». Cette diversité pose la question de l'origine de la perception visuelle. Les yeux les plus simples sont tout juste capables de déceler la différence entre lumière et obscurité tandis que les yeux les plus complexes, comme l'œil humain, permettent de distinguer les formes et les couleurs

La formation d'une image

Tout mécanisme formant une image doit être capable de percevoir les différences d'intensité entre les différentes directions d'incidence de la lumière. L'œil doit donc être capable de détecter la lumière, détecter sa direction, et établir une relation hiérarchique entre les signaux provenant des différentes directions.

La perception de la lumière dans l'œil se fait grâce à des pigments, composés de deux parties liées covalemment : une partie protéique, l'opsine et une partie lipidique dérivée de la vitamine A, le chromophore. Le pigment est disposé dans la membrane des cellules photoréceptrices, et est constituée de 7 hélices transmembranaires disposées en cercle dans la membrane autour du chromophore. C'est l'absorption d'un photon par le chromophore, permettant le passage de la configuration 11-cis du chromophore à une configuration all-trans, qui permet la sensibilité à la lumière. Une fois le pigment excité, l'opsine permet l'activation d'une protéine G via une de ses boucles cytoplasmiques, ce qui déclenche ensuite la réponse cellulaire.

La perception de la direction nécessite de concentrer les rayons lumineux provenant d'une même direction de l'espace sur un faible nombre de photorécepteurs de la rétine, lesquels doivent être regroupés spatialement. Il existe de nombreuses manières de regrouper les rayons lumineux d'une même direction dans le monde animal, apparues indépendamment au cours de l'évolution. On peut cependant diviser les différentes méthodes en trois grandes stratégies: les rayons lumineux ne provenant pas de la bonne direction sont éliminés par ombrage d'une autre structure de l'œil sur la rétine, les rayons d'une même direction sont incurvés et orientés vers un même point de la rétine par réfraction, ou les rayons sont dirigés sur les photorécepteurs par réflexion sur un miroir concave disposé derrière la rétine. Ainsi, chaque photorécepteur ou groupe de photorécepteurs détecte la lumière provenant d'une seule direction.

Enfin, la comparaison des intensités lumineuses issues d'une même direction de l'espace nécessite une intégration des signaux électriques fournis par les neurones photorécepteurs. Cette intégration se fait en aval de la rétine. Le signal perçu par le cerveau n'est jamais absolu, et seule la différence d'intensité perçue entre les photorécepteurs est retenue, et non pas le niveau total d'intensité. Ceci permet à l'œil de s'adapter à la luminosité ambiante. En effet, en condition de forte luminosité, une même différence d'intensité entre deux récepteurs paraîtra plus faible, ce qui diminue la qualité de l'image.

Caractéristiques optiques de l'œil

Les yeux peuvent être plus ou moins performants et ont tous des caractéristiques propres. Les différents yeux du monde animal ont des caractéristiques optiques très différentes, souvent liées au mode de vie de l'animal. L'oeil humain peut différencier près de 8 millions de nuances dans les couleurs.

Sensibilité

La sensibilité de l'œil est la quantité minimale de lumière qu'il est capable de percevoir. La sensibilité dépend essentiellement de la taille de l'œil, mais aussi de sa géométrie et notamment de la présence d'autres structures ombrageantes diminuant la quantité de lumière incidente. De plus, la sensibilité de l'œil est souvent modulable par l'animal, par exemple par la présence d'un diaphragme chez les mammifères modifiant la quantité de lumière admise.

Résolution

La résolution est la plus petite différence d'angle perceptible entre deux rayons incidents. Elle correspond donc à la précision de l'image que l'œil est capable de former, et à la quantité de détail que l'œil sera capable de percevoir. Elle dépend du type de système optique permettant de former l'image et de sa performance. Elle est notamment limitée par le phénomène de diffraction de la lumière dans le cas des images formées par réfraction. Elle dépend aussi du nombre de photorécepteurs: la résolution est égale à l'angle qui sépare le centre de deux récepteurs adjacents. Cependant, on observe que c'est rarement la densité de photorécepteurs qui est limitante, mais plus souvent le système optique utilisé. Ceci montre une adaptation très fine du nombre de photorécepteurs au système optique, permettant de limiter au maximum la perte de résolution. Enfin, la résolution n'est souvent pas la même sur l'ensemble de la rétine, et les parties périphériques bénéficient souvent d'une résolution plus faible que le centre de la rétine.

La nature du stimulus

Le stimulus adéquat de la vision est la lumière visible. Le spectre électro-magnétique est composé d'ondes de longueur différente: on y retrouve dans les longueurs les plus petites, les rayons gamma, les rayons X,  les rayons ultra-violets et ensuite les ondes de la lumière visible (longueur d'onde comprise entre 0,4 et 0,7 micromètre); viennent ensuite les ondes de l'infrarouge, les ondes de la TV et de la radio. Seules les ondes comprises entre l'ultra-violet et l'infrarouge, en l'occurrence les ondes de la lumière, sont perçues par les récepteurs visuels de l'organisme humain.

Les conditions préalables à la stimulation

Avant que les rayons lumineux puissent atteindre la rétine, il  faut que différents mécanismes se produisent:

	La convergence des deux yeux réglée par la contraction coordonnée des muscles extrinsèques de l'œil qui permettent les mouvements des yeux de sorte que les deux yeux regardent le même objet en même temps; c'est la vision binoculaire.
	La contraction de la pupille réglée par la contraction des muscles circulaires de l'iris qui permettent l'accommodation et la variation du diamètre de la pupille afin que les rayons lumineux ne puissent s'infiltrer autour du cristallin mais bien vers le cristallin.
	L'accommodation du cristallin  réglée par les contractions du muscle ciliaire fixé aux ligaments suspenseurs de façon à ce que la courbure du cristallin soit adaptée à la distance de l'objet observé.
	La réfraction des rayons lumineux réglée par la parfaite transparence des milieux réfringents soient de la cornée, l'humeur aqueuse, le cristal­lin et l'humeur vitrée de façon à ce que les rayons lumineux soient diri­gés vers la fovea centralis où la vision sera la plus nette.

Lorsque les rayons lumineux atteignent la rétine normalement, l'image qui se forme sur la rétine est renversée.

La transformation du stimulus en influx nerveux

Les cônes et les bâtonnets contiennent des pigments photosensibles c'est-à-dire des molécules sensibles à la lumière. D'une façon générale, un pigment photosensible réagit à la lumière en subissant une dégradation chimique; cette dégradation chimique entraîne des changements de perméabilité de la membrane cytoplasmique du neurone. Si le seuil d'excitation du neurone photorécepteur est atteint, alors un influx nerveux est généré.

Par exemple, les bâtonnets contiennent un pigment appelé la rhodopsine. La rodopsine est une molécule complexe composée à partir d'une molécule de vitamine A liée avec une grosse protéine, l'opsine. Lorsqu'une certaine quantité d'énergie lumineuse est absorbée par un bâtonnet, la rhodopsine qu'il contient se dégrade alors en ses deux composants. Cette dégradation chimique de la rhodopsine sous l'action de la lumière est à l'origine de l'amorce d'un potentiel d'action. Si le changement de polarisation atteint le seuil d'excitation, un influx nerveux est généré et est acheminé dans le neurone sensitif qui le transmet par relais synaptique aux autres cellules nerveuses de la rétine.

Après le déclenchement d'un influx nerveux, le bâtonnet doit resynthétiser la rhodopsine. La vitesse de resynthèse est fonction de la quantité de lumière. En l'absence de lumière, la resysnthèse est assez rapide alors que si la lumière est intense, la dégradation est plus rapide que la resynthèse de telle sorte que le délai requis pour refaire une quantité de rhodopsine suffisante est assez long ce qui rend les bâtonnets relativement inefficace en pleine lumière.

> La fonction de l'oeil est de recevoir et de transformer les vibrations électromagnétiques de la lumière en influx nerveux qui sont transmis au cerveau. L'oeil fonctionne comme un appareil photographique. > Le globe oculaire ressemble à une petite balle d'un diamètre de 2,5 cm, d'une masse d'environ 7 grammes et d'un volume de 6,5 cm3. > La couche externe, la sclérotique, est une enveloppe de protection. Elle recouvre environ les cinq sixièmes de la surface de l'oeil. Elle donne à l'oeil sa couleur blanche et sa rigidité. > La choroïde ou choroide : c'est une couche vasculaire de couleur noire qui tapisse les trois cinquièmes postérieurs du globe oculaire. Elle est en continuité avec le corps ciliaire et l'iris, qui se situent à l'avant de l'oeil. Elle absorbe les rayons lumineux inutiles pour la vision, elle est très riche en vaisseaux sanguins afin de nourir les photorécepteurs de la rétine.

> La rétine : c'est la couche sensible à la lumière grâce aux photorécepteurs (les cônes et les bâtonnets). La rétine possède 2 types de photorécepteurs :

- Les bâtonnets : De forme allongée, ils doivent leur nom à leur forme. ils sont environ 130 millions. Ils sont absents de la fovéa et se logent à la périphérie. Ils ont une très grande sensibilité à la lumière, d'où leur capacité à percevoir de très faibles lueurs la nuit : vision de nuit. Ainsi ils ont une très faible perception des détails et des couleurs car plusieurs dizaines de bâtonnets ne sont liés qu'à une seule fibre du nerf optique.
Ils contiennent une substance chimique appelée rhodopsine ou pourpre rétinien. Quand la lumière frappe une molécule de rhodopsine, celle-ci génère un faible courant électrique. Les signaux ainsi recueillis forment un message qui est transmis aux cellules nerveuses de la rétine.

- Les cônes : Ils sont environ 5 à 7 millions à se loger dans la fovéa. Leur sensibilité à la lumière est très faible mais leur perception des détails est très grande pour deux raisons : il y a une densité très élevé de cônes dans la fovéa et surtout chaque cône de la fovéa transmet son information à plusieurs fibres du nerf optique : la vision est donc de jour. Ainsi ils ont une très bonne sensibilité aux couleurs.
Ils sont de trois types selon le pigment qu'ils contiennent et ont donc une sensibilité à des ondes lumineuses de longueurs différentes : cônes contenant de l'erythropsine (sensibles au rouge), de la chloropsine (vert), de la cyanopsine (bleu).

> La cornée est une membrane solide et transparente de 11 mm de diamètre au travers de laquelle la lumière entre à l'intérieur de l'œil. La cornée est privé de vaisseaux sanguins (sinon notre vision serait troublée), elle est donc nourrie par un liquide fluide comme l'eau : l'humeur aqueuse. La cornée contient 78% d'eau et pour maintenir ce degré d'hydrophilie elle est constamment recouverte de larmes alimentées en continu par les glandes lacrymales et répartis par le battement des paupières. La cornée est la principale lentille de l'oeil, elle assure environ 80% de la réfraction.

> Le cristallin : C'est une lentille auxiliaire molle et composée de fines couches superposées. Il se déforme sous l'action du muscle ciliaire.

> L'humeur vitrée : Elle occupe 80% du volume de l'oeil, elle est constituée d'une gelée (acide hyaluronique) qui donne à l'oeil sa consistance.

> L'iris (arc-en-ciel en grec) : Il s'agit du diaphragme de l'oeil percé en son centre par la pupille. C'est un muscle qui fait varier l'ouverture de la pupille (entre 2,5 et 7 mm) afin de modifier la quantité de lumière qui pénètre dans l'oeil pour éviter l'aveuglement en plein soleil ou capter le peu de rayons la nuit.
La couleur de l'iris est déterminée par la présence d'un pigment, la mélanine, le même composé chimique qui donne aussi leur couleur aux cheveux et à la peau. L'iris est bleu si la mélanine est peu concentrée, il est plus foncé quand la concentration augmente. Tous les nouveaux-nés ont les yeux bleus parce que la mélanine est enfouie profondément dans le tissu de l'iris. Quelques mois plus tard cependant, ce composé peut se rapprocher de la surface de l'iris et modifier sa teinte.

> La pupille : Il s'agit d'un trou au centre de l'iris permettant de faire passer les rayons lumineux vers la rétine

La vision de près ou de loin :

La vision normale de loin :	Le cristallin est peu utilisé en vision de loin car les rayons lumineux arrivent presque parallèles et la réfraction par la cornée suffit à les projeter sur le fond de l'oeil. Au repos le cristallin est tendu ce qui est rare dans le corps humain ainsi le cristallin prend une forme mince et allongée.

La vision normale de près :	En revanche, les objets situés à moins de 6 mètres ne renvoient plus de rayons parallèles ce qui modifie la réfraction. Pour compenser cela, le cristallin épaissit (les muscles ciliaires se relâchent) et il se bombe sans que vous en ayez conscience. Résultat : la surface est plus courbe et dévie davantage la lumière. cet ajustement de la forme du cristallin s'appelle : l'accommodation.

Les muscles moteurs de l'oeil :

Au nombre de sept, ces muscles dits striés assurent pour six d'entre eux la fixation et le mouvement du globe oculaire, le septième commande la paupière supérieure.
Le mouvement d'un oeil, entraîne automatiquement le même déplacement pour l'autre. On dit que les mouvements oculaires sont associés. C'est cette conjugaison des deux yeux qui permet à la vison binoculaire de jouer pleinement à toutes distances et qui nous donne la possibilité de voir en relief, en 3D.

	1. Muscle releveur de paupière.	7. Globe oculaire.
	2. Muscle droit supérieur	8. Muscle droit externe.
	3. Corps adipeux.	9. Paupière inférieure.
	4. Anneau de Zinn.	10. Muscle orbiculaire des paupières.
	5. Muscle droit inférieur.	11. Muscle petit oblique.
	6. Paupière supérieur.

Le champ visuel total (des deux yeux) correspond à un objectif photographique "grand angle" et couvre environ 180°.

L'optique peut avoir des ratés : 
(myopie, hypermétropie, presbytie, astigmatisme...)

 

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