Stéréopsie, processus simplifié
Le "message visuel" est composé de lumière, c’est-à-dire d’une radiation électromagnétique (onde/photon), qui est captée par des photorécepteurs de la rétine.
Le centre de la rétine appelé macula comporte principalement des cônes sensibles aux couleurs. Au centre de la macula, la foveola présente la plus grande concentration de cônes. A la périphérie de la macula, se trouvent principalement des bâtonnets sensibles à la luminosité. Dès ce niveau, il ne se produit plus que des phénomènes électriques et chimiques et la notion d’ « image » perd son sens.
L'énergie lumineuse entraine la diffusion de neuromédiateurs chimiques par les photorécepteurs dans l’espace entourant les cellules nerveuses. L’information produite par un photorécepteur peut donc être transmise à un ou plusieurs neurones.
Les connexions entre ces neurones sont complexes et il s’effectue un premier traitement de l’information pouvant s’assimiler à certains endroits à une synthèse additive, ou une « compression ».
Ainsi les informations de couleur (bleu, vert, rouge) traitées par les photorécepteurs sont reçues par les « cellules bipolaires » sous forme de rouge, vert et bleu/jaunei. Ces cellules sont de deux types : grandes et petites. Elles constituent le début de la voie « magnocellulaire ou koniocellulaire » et de la voie « parvocellulaire »ii. Ce sont elles qui transmettent l’information aux neurones partant dans le nerf optique.
Cette transmission dure environ 4 à 5 ms, au cours desquelles les photorécepteurs reconstituent leur stock de médiateurs chimiques pour envoyer le « train » suivant d’informations. C’est la durée de la discrimination temporelle (entre deux images différentes comportant un mouvement)iii .
Chaque rétine est divisée en deux hémi-rétines par un méridien central vertical. Chaque hémi-rétine ne reçoit les informations que de la moitié du champ visuel de l’œil qui la contient : l’hémi rétine « nasale » ne reçoit que les informations du champ « temporal », l’hémi rétine « temporale » que celles du champ « nasal ».
Champ visuel gauche Champ central en relief net Champ visuel droit
Lobe occipital gauche, hémi-champ visuel droit Lobe occipital droit, hémi-champ visuel gauche
Les voies optiques
La macula, zone centrale de la rétine, qui ne mesure que 5,5 mm de diamètre, contient 90% des photorécepteurs. Le champ visuel correspondant n’est que de 10°, c'est celui qui est perçu de façon nette et en relief. Le champ visuel périphérique est plus étendu mais perçu de façon beaucoup moins précise.
Champ visuel en relief net : champ foveolaire, champ maculaire.
La disparité rétinienne produit la sensation de relief en avant et en arrière du plan focalisé, dont la distance est connue par l'accommodation et la convergence.
Les fibres nerveuses provenant de chaque hémi-rétine cheminent dans le nerf optique dans une voie séparée de celle dans laquelle cheminent les fibres nerveuses provenant de l’autre hémi-rétine du même œil.
Au niveau du « chiasma optique », les fibres transmettant les informations des hémi-rétines nasales passent dans l’hémisphère controlatéral : ne cheminent alors dans un hémisphère cérébral que les informations de l’hémi-champ visuel de l’autre côté (hémi champ visuel droit dans l’hémisphère gauche et vice-versa).
Au niveau des « corps genouillés » s’opère un tri des fibres nerveuses contenant les informations de couleur, de direction et de mouvement. Les fibres de la voie parvocellulaire qui transmettent les informations des formes statiques et des couleurs rouge et vert vont cheminer dans les voies optiques par une voie séparée de la voie koniocellulaire dans laquelle cheminent les informations de bleu/jaune et de mouvementiv. Les corps genouillés ont aussi un rôle dans le traitement de la luminosité et de « l’intention visuelle »v.
Les voies optiques se dirigent vers les lobes occipitaux, et aboutissent dans l’aire v1. Dans les lobes occipitaux, les neurones sont répartis de façon spatiale (c'est-à-dire en volume), « rétinotopique » (les informations provenant de zones voisines de la rétine sont réparties dans des zones voisines du cortex) et anamorphosées (les informations venant de la macula sont surreprésentées par rapport aux informations venant de la périphérie : 50% des neurones du lobe occipital traite les informations de la macula qui n’occupe que 5% de la surface de la rétine)vi.
Voies de la convergence (fonction commandée par le cerveau) et de l'accommodation (fonction quasi-réflexe) en version simplifiée
70% des neurones des aires visuelles ne traitent que les informations d’un seul champ visuel, 30% sont des neurones binoculaires répondant à la stimulation d’un œil ou l’autre. Le lobe occipital gauche traite les informations de l'hémi-champ visuel droit et le lobe occipital droit, celles venant de l'hémi-champ visuel gauche, mais chaque lobe a des informations provenant des deux yeux par l’intermédiaire des neurones binoculairesvii. De plus, les deux lobes occipitaux échangent leurs informations par l’intermédiaire du corps calleux qui relie les deux hémisphères.
Le cerveau perçoit donc le relief du fait de la répartition spatiale des neurones dans les lobes occipitaux, de l’existence de neurones binoculaires et d’échanges entre les deux lobes occipitaux par l’intermédiaire du corps calleuxviii ixx.
On peut considérer qu’à ce niveau, le cerveau a les informations de formes, de couleurs, de mouvement et de relief mais n’a pas la notion de ce qui est perçu.
Les informations sortant des lobes occipitaux cheminent alors vers l’ensemble du cerveau : d’une part vers le lobe pariétal qui a un rôle de localisation spatiale et d’autre part, vers le lobe temporal qui a un rôle de reconnaissance des objets. Ces informations sont synthétisées en fonction du mode préférentiel de fonctionnement de chaque hémisphère : l’hémisphère droit traite les images de manière globale, c'est-à-dire en partant de leur ensemble. Par contre le graphisme, porteur de signification sonore (la langue écrite ou l’écriture musicale) est majoritairement pris en charge par l’hémisphère gauche. Celui-ci travaille par une succession d’analyses et de synthèses, de façon logique alors que l’hémisphère droit travaille de façon émotionnelle.xi
On peut considérer qu’alors, le cerveau ayant reconnu les formes, les couleurs et les mouvements des objets et leur signification, la perception visuelle est aboutie.
Toutes ces informations sont ensuite transmises au lobe frontal qui a un rôle de décision. Il communique avec d’autres aires cérébrales et peut alors décider d’une action qu’il transmet par exemple au lobe pariétal qui a une fonction motrice et qui procède à l’exécution d'un ordre psychomoteur. Par exemple, si le cerveau a la notion qu'un objet se dirige à grande vitesse vers le visage, il a connaissance de la vitesse, de la direction et de la nature de l'objet. S'il a reconnu un ballon, le lobe frontal donne des ordres aux mains pour protéger le visage et attraper le ballon. S'il a reconnu un insecte, il donne des ordres à une main pour qu'elle s'agite devant le visage et chasse l'animal.
En même temps, ce même lobe frontal : renvoie des informations et des instructions vers le lobe occipital et le système oculaire pour affiner ou modifier la perception, en modifiant la convergence et l'accommodation ; et récupère des informations venant des rétines et des lobes occipitaux. Les informations et commandes circulent en même temps dans les deux sens entre les yeux et le cerveau, ce qui permet une adaptation très rapide aux changements de situation..
Le processus dure environ 200 ms, mais les photorécepteurs envoient des informations nouvelles toutes les 4 à 5 ms. Le cerveau est donc capable de distinguer des différences (de mouvement en particulier) dans des images successives toutes les 5 ms.
NB Cette description est extrêmement simplifiée car en fait des centres nerveux répartis dans tout le cerveau participent au processus. Le cerveau n’est pas une machine passive, c’est un organe prospectif qui cherche en permanence des informations pour prendre des décisions. C’est l’ensemble du cerveau qui perçoit et interprète en permanence la sensation de relief
i
Arne Valberg, Light Vision Color, Wiley, 2005, 462 p.
ii
Stewart D Shipp, « parallel Visual Pathways », ACNR, Visual Neuroscience, vol 6, n°1, 2006.
iii
http://www.biodeug.com/licence-3-neurophysio-chapitre-3-oeil-systeme-visuel/
iv
Hendry SH, Reid RC, « The koniocellular pathway in primate vision », Annu Rev Neurosci, vol 23, 2000, p. 127-53.
v
Kastner S, Schneider KA, Wunderlich K, « Beyond a relay nucleus : neuroimaging views on the human LGN », Prog Brain Res. 2006;155:125-43.
vi
vii
E.Bui Quoc, P. Lebranchu, em-consulte.com, SFO,
viii
Anzai A, Ohzawa I, Freeman RD, codage conjoint du mouvement et de la profondeur par les neurones corticaux visuels, Nat Neurosci. 2001 mai ; 4 (5) : 513-8.
ix
Lire JC, Cumming BG. Toutes les illusions de type Pulfrich peuvent être expliquées sans codage conjoint du mouvement et de la disparité, J Vis. 2005 19 décembre ; 5(11) : 901-27
x
Qian N, Freeman RD, J Vis. 27 mai 2009 ; 9 (5): 24.1-16. doi: 10.1167 / 9.5.24.
xi
Docteur G.Wettestein-Badour, la lettre d’enseignement et liberté, juin 2002.