Le sens de la vue, partie 1

Nous avons donc deux yeux côte à côte, ce qui nous permet d’avoir une large vision stéréoscopique binoculaire. Chaque oeil à un large angle de vue, et de les avoir côte à côte nous permet d’avoir un grand angle de vue. Chaque oeil à un champ de vision de 150° et les deux combinés un chanp de 180°. La disposition des yeux côte à côte nous vient de l’évolution, la plupart des prédateurs ont les yeux côte à côte ce qui nous permet d’apprécier les distances. Car pour apprécier la distance d’un objet il nous faut deux angles de vue distincts. Alors que chez les proies, ils vont privilégier un plus grand champ de vision possible, quitte à limiter le champ de vision binoculaire, donc en 3D, comme par exemple certain oiseaux voient à 360°, et à noter aussi que les deux yeux opèrent de façon indépendante.

Chez l’humain chaque oeil voit à 90° vers l’extérieur et 60° vers l’intérieur. Ce qui permet d’avoir un champ à 100° de vision en 3D et 40° de champ en 2D. L’intérêt de la vision binoculaire n’est pas seulement liée à la vision 3D mais c’est pas tout ! La vision binoculaire permet aussi une double information de la lumière provenant d’un point donné, si ça doube l’information, ça nous permet de percevoir des objets faiblement éclairés. 

Comment ça marche un oeil?

Et bien, comme la chambre noire d’un appareil photo. Lorsque la lumière rentre dans l’oeil, elle passe par une première lentille, la cornée, puis une deuxième lentille le cristallin. Entre les deux, la lumière passe par la pupille qui laisse passer plus ou moins de lumière comme le diaphragme d’un appareil photo. 

Comment fonctionne notre pupille ?

Dans l’obscurité, la pupille se dilate pour laisser passer plus de lumière, on appelle ce phénomène la mydriase, et à l’inverse la pupille se contracte en présence de lumière et c’est le myosis. C’est un réflexe normalement, mais parfois ça ne se passe pas comme prévu. Pour preuve, l’exemple d’un certain David Johns, qui, lors d’une bagarre, reçoit un gros coup de poing dans l’oeil. Ce qui à pour effet de lui maintenir sa pupille en permanence ouverte. L’effet s’appelle la mydriase permanente, et David Johns est plus connu sous le nom de David Bowie. 

Les rayons lumineux qui ont passé au travers de la cornée, au centre de la pupille et par le cristallin finissent par traverser le corps vitré – celui-ci compose la plus grande partie de notre oeil qui est transparent – et finissent leur course sur la rétine. 

La rétine, c’est quoi et comment ça marche ?

Sur la surface de la rétine on trouve un tas de capteurs, les cônes et les bâtonnets. Les bâtonnets sont spécialisés dans l’acquisition d’information d’intensité lumineuse alors que les cônes le sont dans celle de la fréquence lumineuse – les cône sont spécialisés dans l’acquisition de l’information de la couleur. Ils sont très mauvais lors que nous sommes en faible intensité de lumière, voilà pourquoi nous voyons toujours en noir et blanc de nuit. Les bâtonnets eux sont bon dans l’intensité de lumière, y compris à faible intensité de lumière, et mauvais dans la perception des couleurs, c’est pas leur rôle. 

Un peu de science de l’optique

En optique nous appelons la vision nocturne, la vision scotopique, du grec ancien “scotos” qui veut dire obscurité et de “opsis” qui veut dire la vue. D’ailleurs la peur du noir s’appelle la scotophobie.

La vision diurne ou de jour, la vision photopique, de “photos”, la lumière, et “opsis”, la vue. Au crépuscule ou à l’aube nous appelons le domaine mésopique, de “méso” qui veut dire le milieu et “opsis”, la vue. 

Performance oculaire ?

La performance oculaire, c’est la performance de la vue mais uniquement au niveau de l’oeil, sans se préoccuper du traitement que peut en faire le cerveau: la performance de l’oeil, considéré comme un instrument qui capte la lumière ou des images. On distingue 4 niveaux d’informations. Il  y a la netteté, la résolution, le contraste et le mouvement.

  • La netteté : lorsque nous observons un point, il faut que dans notre oeil il y aie le minimum de point possible. Quand on regarde un point pas nette, on a une multitude d’information sur la rétine et nous permet d’apprécier le point plus gros. Donc il faut qu’un petit point apparaisse sur la rétine comme tout petit. 
  • La résolution : la plus petite distance que l’on est capable de distinguer dans l’image qui se forme dans l’oeil. Dans un appareil de photo ou une télévision c’est ce que l’on appelle un pixel.
  • Le contraste : c’est à quel point dans l’image qui se forme dans l’oeil on est capable de distinguer l’intensité lumineuse de deux surface distincte dans la réalité.
  • Le mouvement : à quel point l’image qui se forme dans l’oeil va se mettre à jour lorsque ce que l’on regarde est en mouvement.

La cornée

Pour la netteté, ce qui compte c’est la capacité de l’oeil à focaliser les rayons lumineux. Pour l’oeil humain c’est la cornée qui est la première lentille à être traversée par les rayons lumineux. C’est une lentille convergente, qui est donc plus épaisse en périphérie et plus fine au centre. Elle ne fait que 1mm en périphérie et 0.5 au centre. La cornée est responsable de 70% de la focalisation des rayons de lumière. La cornée est normalement transparente, mais elle peut perdre sa transparence. Pour rester transparente, la cornée à besoin de baigner, elle doit rester dans un milieu hydratée à 80% d’eau par milligramme de tissu. C’est un vestige de notre vie aquatique, ou nous vivions sous l’eau.

La cornée est formée de 6 couches (la sixième couche a été découverte en 2013). En partant de la couche externe à la couche interne:

  1. L’épithélium : d’une épaisseur de 5 à 6 couches de cellules, a pour objet principal de distribuer correctement les larmes sur la surface et de protéger l’intérieur de l’oeil. Cette couche est en contact direct avec l’air et ses impuretés. C’est aussi pour celà que l’épithélium contient une quantité hallucinante de terminaison nerveuse, dont la sensibilité est uniquement douloureuse. Ce ne sont pas des capteurs capables de donner des informations de la chaleur mais uniquement de la douleur. Cela explique pourquoi on ne peut pas supporter d’avoir la moindre poussière dans l’oeil. Petite info étonnante sur l’épithélium: ses cellules se renouvellent complètement de la couche supérieure à la couche de base (couche basale). C’est pour cela que nous pouvons facilement adapter des lentilles de contact sans avoir le moindre souci d’intégrité de l’oeil. 
  2. La membrane de Bowman : une membrane composée de collagène prise en sandwich entre l’épithélium et le stroma. Dont la structure est totalement aléatoire et se fond dans le stroma, qui nous est donc difficile de distinguer. Son rôle reste encore bien compliqué à définir. Cette membrane ne se renouvelle pas et une lésion de cette couche donne l’apparition de tissu cicatricielle qui peut poser causer des troubles dans le champ de vision. 
  3. Le stroma : la couche la plus épaisse de la cornée, elle représente 80% de son épaisseur totale. Elle est constitué de lamelles de collagène parfaitement orientées et à striation périodique. Ce sont principalement ces lamelles qui sont responsables de la bonne transparence de la cornée. Le stroma est également constitué de kératocyte, des cellule de soutiens, responsable du renouvellement de la matrice de collagène et d’une substance fondamentale qui assure la bonne organisation du collagène.
  4. La couche de Dua : une couche difficile à découvrir puisqu’elle n’est grande que d’une seule cellule: 0,015 millimètre. Son utilité n’est pas certaine. Son existence a été découverte en 2013 seulement.
  5. La membrane de Descemet : elle mesure entre 5 et 7 micromètres d’épaisseur et s’épaissit avec le temps. Elle est transparente et principalement constituée de collagène.
  6. L’endothélium : son rôle principale sert, comme dans le cas de l’épithélium, à faire barrière à l’intérieur de l’oeil. Elle sert aussi à contrôler l’hydratation du stroma. Ses cellules, avec sa structure en nid d’abeille, permettent de paver littéralement l’intérieur de la cornée.

Où vont les rayons lumineux qui ont passé la cornée?

Les rayons lumineux traverse la chambre antérieure de l’oeil, la zone comprise entre la cornée et l’iris. L’iris c’est la partie colorée qui entoure la pupille. Cette chambre antérieure est composée d’humeur aqueuse, qui est faite de 90% d’eau et d’autre composant tel que du chlore et du sodium, donc du sel. Le rôle de ce liquide est de maintenir une pression constante au niveau de l’oeil en générale, mais aussi de nourrir et de réparer la cornée. La pression à ce niveau de l’oeil va augmenter avec les années et quand cette pression devient trop importante on à l’apparition d’un glaucome, qui va détenir progressivement les cellules visuelles et causer une cécité progressive.

De l’autre côté, les rayons lumineux traverse la chambre postérieure de l’oeil, la zone comprise entre l’iris et le cristallin. Celle-ci aussi est composée de l’humeur aqueuse qui est justement sécrété par le muscle ciliaire permettant le mouvement du cristallin. 

Le vitré

Après le cristallin, nous trouvons le vitré. Sorte de gel, de composition identique à celle de la cornée, elle est composé de 90% d’eau de fibre de collagène et de protéine. Humeur vitré est le composant du vitré et compose le 90% de tout l’oeil. Son rôle est de maintenir la forme de l’oeil et de presser la rétine contre le fond de l’oeil. Un décollement de rétine, apparaît quand l’humeur aqueuse se faufile entre la rétine et l’épithélium pigmenté et nous décolle la rétine. Si cette membrane se décolle la perte de vue est immédiate et peut être irréversible. Une intervention chirurgicale dans les heures après l’apparition du décollement peut en sauver une partie du champ visuel. 

Le cristallin

Il est important pour la netteté. Cette lentilles est capable de nous permettre de faire l’accommodation. L’accommodation est la faculté de l’oeil de nous permettre de voir des objets aussi bien éloignés que proche de nous. D’un diamètre de 1 centimètre et de moitié moins d’épaisseur, il est maintenu en place par le muscle ciliaire qui en se contractant et en se dilatant, modifie sa forme pour le rendre plus ou moins bombé. Du coup les rayons lumineux qui le traverse se focalise sur un point plus ou moins distant. 

Qu’est ce qui se passe quand les rayons lumineux arrivent dans l’oeil?

La lumière se déplace en ligne droite, en général, tant qu’elle reste dans le même milieu. Donc la lumière dans l’air va en ligne droite mais sitôt qu’elle passe dans un autre milieu il se passe un processus de réfraction, le rayon est dévié. En traversant l’oeil, les rayons lumineux travers plusieurs milieux et sont réfractés plusieurs fois, puis finissent sur la rétine, pour projeter l’image de ce que l’on observe à l’extérieur. C’est le principe de la chambre noire.

Lorsque ces rayons convergent sur la rétine, il vont activer les photorécepteurs cônes et bâtonnets, qui vont envoyer au cerveau des informations d’intensité lumineuse et de fréquence lumineuse. De la couleur et de l’intensité lumineuse. Pour comprendre la notion de contraste et de résolution, avoir une image qui est  bien définie et qui marque correctement les variations de lumière. Il faut s’intéresser à comment sont répartis les cônes et les bâtonnets sur la surface de la rétine. 

Pile en face de la pupille, au fond de l’oeil, se trouve une zone que l’on appel la macula de 5mm de diamètre et qui est dense en cône. C’est précisément la zone la plus dense en cône de notre oeil et à l’intérieure de cette zone se trouve la fovéa encore plus riche en cônes. Du fait que cette zone est très riche ne cône, elle est capable de transmettre beaucoup d’informations de couleur. Cette zone à une forte résolution, mais attention, comme cette zone à une forte concentration en cône et non en bâtonnet, nous avons une forte résolution en période photopique, en période diurne. Dans l’obscurité cette zone ne marche pas très bien… Dans la fovéa on ne trouve aucun bâtonnet et sa structure est assez étonnante, un pavage en forme de nid d’abeille de cônes. Ce qui a été mathématiquement prouvé que le pavage en nid d’abeille est le pavage optimale pour couvrir la plus grande surface en ayant le plus petit périmètre de jointures.

Quand on s’éloigne de la macula, on trouve de plus en plus de bâtonnets et de moins en moins de cônes. Ce qui veut dire au niveau de la performance oculaire, pile au centre de la pupille, au centre de notre vision nous avons une zone qui est vraiment avec une résolution très haute et un contraste élevé. Au fure et a mesure que l’on s’écarte du centre de notre vision, nous allons perdre notre résolution et perdre en contraste. Notez bien que nous allons pas perdre en netteté. En revanche nous aurons une meilleures information sur l’intensité lumineuse. Voilà pourquoi nous distinguons facilement les gyrophares des voiture de police dans notre champ de vision. 

Comment est décelé le mouvement avec nos yeux ?

Quand on a une résolution suffisamment fine pour pouvoir déceler un mouvement qui est raisonnable (dans des bonnes conditions), la question du mouvement est purement une question de rafraîchissement de l’image. A quel vitesse l’oeil est capable de rafraîchir l’image et de l’envoyer au cerveau. Pour une caméra cela s’appel le FPS, mais pour l’oeil c’est un peu plus différent, c’est à quel fréquence le cône ou le bâtonnet est capable d’acquérir une nouvelle information et de la transmettre au cerveau. Nous sommes capable de voir des films de 25 à 30 images secondes à la télévision ou sur youtube. Ce qu’on observe, c’est qu’un sujet mis en face d’une lumière stroboscopique de 50 à 60 clignotements par seconde voit une lumière persistante.

Qu’est ce que la tâche ou point aveugle ou papille de notre oeil ?

Il y a au niveau de la rétine une zone de l’oeil ou s’insère le nerf optique et ou arrivent et partent les vaisseaux sanguins. Mécaniquement sur cette zone là il ne peut pas y avoir de photorécepteurs. 

Les yeux et les ultraviolets

Sur la rétine nous avons des photorécepteurs cônes et bâtonnets. Les bâtonnets contiennent un pigment protéique la Rhodopsine qui est sensible au ultraviolet. Si notre cristallin combiné avec le vitré n’absorbent pas les ultraviolets, nous serions entièrement capable de les voir. C’est une fréquence que normalement les bâtonnet ne devrait pas voir, car il ne perçoivent pas les couleurs…