Le système visuel construit une représentation mentale du monde qui nous entoure.

Cela contribue à notre capacité à naviguer avec succès dans l'espace physique et à interagir avec les individus et les objets importants de notre environnement. Cette section donne un aperçu de l'anatomie et de la fonction de base du système visuel. En outre, nous explorerons notre capacité à percevoir les couleurs et la profondeur.

Nos yeux captent les informations sensorielles qui nous aident à comprendre le monde qui nous entoure. (crédit "en haut à gauche" : modification de l'oeuvre par "rajkumar1220"/Flickr" ; crédit "en haut à droite" : modification de l'oeuvre par Thomas Leuthard ; crédit "au milieu à gauche" : modification de l'oeuvre par Demietrich Baker ; crédit "au milieu à droite" : modification de l'oeuvre par "kaybee07"/Flickr ; crédit "en bas à gauche" : modification de l'oeuvre par "Isengardt"/Flickr ; crédit "en bas à droite" : modification de l'oeuvre par Willem Heerbaart)

Anatomie de l'appareil visuel

L'œil est le principal organe sensoriel impliqué dans la vision. Les ondes lumineuses sont transmises à travers la cornée et entrent dans l'œil par la pupille. La cornée est le revêtement transparent qui recouvre l'œil. Elle sert de barrière entre l'intérieur de l'œil et le monde extérieur, et elle participe à la focalisation des ondes lumineuses qui entrent dans l'œil. La pupille est la petite ouverture de l'œil par laquelle passe la lumière. La taille de la pupille peut varier en fonction du niveau de lumière et de l'éveil émotionnel. Lorsque les niveaux de lumière sont faibles, la pupille se dilate, ou s'élargit, pour permettre à plus de lumière de pénétrer dans l'œil. Lorsque les niveaux de lumière sont élevés, la pupille se resserre ou se rétrécit pour réduire la quantité de lumière qui pénètre dans l'œil. La taille de la pupille est contrôlée par les muscles qui sont connectés à l'iris, qui est la partie colorée de l'œil.

L'anatomie de l'œil est illustrée dans ce diagramme.

Après avoir traversé la pupille, la lumière traverse le cristallin, une structure courbe et transparente qui sert à fournir une mise au point supplémentaire. La lentille est fixée à des muscles qui peuvent en modifier la forme pour faciliter la mise au point de la lumière réfléchie par des objets proches ou lointains. Chez une personne à la vue normale, le cristallin focalisera parfaitement les images sur une petite indentation à l'arrière de l'œil appelée fovéa, qui fait partie de la rétine, la membrane photosensible de l'œil. La fovéa contient des cellules photoréceptrices spécialisées très denses. Ces cellules photoréceptrices, appelées cônes, sont des cellules de détection de la lumière. Les cônes sont des types de photorécepteurs spécialisés qui fonctionnent mieux dans des conditions de lumière intense. Les cônes sont très sensibles aux détails aigus et offrent une résolution spatiale extraordinaire. Ils sont également directement impliqués dans notre capacité à percevoir les couleurs.

Alors que les cônes sont concentrés dans la fovéa, où les images ont tendance à être focalisées, les bâtonnets, un autre type de photorécepteur, sont situés dans le reste de la rétine. Les bâtonnets sont des photorécepteurs spécialisés qui fonctionnent bien dans des conditions de faible luminosité, et bien qu'ils n'aient pas la résolution spatiale et la fonction couleur des cônes, ils sont impliqués dans notre vision dans des environnements faiblement éclairés ainsi que dans notre perception du mouvement à la périphérie de notre champ visuel.

Les deux types de photorécepteurs sont représentés sur cette image. Les tiges sont de couleur verte et les cônes sont bleus.

Nous avons tous fait l'expérience des différentes sensibilités des bâtonnets et des cônes lors de la transition d'un environnement fortement éclairé à un environnement faiblement éclairé. Imaginez que vous alliez voir un film à grand succès par une belle journée d'été. Lorsque vous passez du hall d'entrée très éclairé à la salle de cinéma sombre, vous remarquez que vous avez immédiatement du mal à voir beaucoup de choses. Après quelques minutes, vous commencez à vous adapter à l'obscurité et vous pouvez voir l'intérieur du cinéma. Dans l'environnement lumineux, votre vision est principalement dominée par l'activité des cônes. Dans l'environnement sombre, l'activité des cônes domine, mais il y a un retard dans la transition entre les phases. Si vos tiges ne transforment pas la lumière en impulsions nerveuses aussi facilement et efficacement qu'elles le devraient, vous aurez du mal à voir dans une lumière faible, une condition connue sous le nom de cécité nocturne.

Les bâtonnets et les cônes sont reliés (par l'intermédiaire de plusieurs interneurones) aux cellules ganglionnaires de la rétine. Les axones des cellules ganglionnaires de la rétine convergent et sortent par l'arrière de l'œil pour former le nerf optique. Le nerf optique transporte les informations visuelles de la rétine au cerveau. Il existe un point dans le champ visuel appelé la tache aveugle : Même lorsque la lumière d'un petit objet est focalisée sur la tache aveugle, nous ne la voyons pas. Nous ne sommes pas conscients de nos taches aveugles pour deux raisons : Premièrement, chaque œil a une vision légèrement différente du champ visuel ; les taches aveugles ne se chevauchent donc pas. Deuxièmement, notre système visuel remplit la tache aveugle de sorte que, bien que nous ne puissions pas répondre aux informations visuelles qui se produisent dans cette partie du champ visuel, nous ne sommes pas conscients que des informations manquent.

Le nerf optique de chaque œil fusionne juste en dessous du cerveau en un point appelé chiasme optique. Comme le montre la figure ci-dessous, le chiasme optique est une structure en forme de X qui se trouve juste en dessous du cortex cérébral, à l'avant du cerveau. Au point du chiasma optique, les informations du champ visuel droit (qui provient des deux yeux) sont envoyées vers le côté gauche du cerveau, et les informations du champ visuel gauche sont envoyées vers le côté droit du cerveau

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Cette illustration montre le chiasme optique à l'avant du cerveau et les voies d'accès au lobe occipital à l'arrière du cerveau, où les sensations visuelles sont transformées en perceptions significatives.

Une fois à l'intérieur du cerveau, les informations visuelles sont envoyées par un certain nombre de structures au lobe occipital à l'arrière du cerveau pour y être traitées. Les informations visuelles peuvent être traitées par des voies parallèles que l'on peut généralement décrire comme la voie "quoi" et la voie "où/comment". La "voie quoi" est impliquée dans la reconnaissance et l'identification des objets, tandis que la "voie où/comment" est impliquée dans la localisation dans l'espace et la manière dont on peut interagir avec un stimulus visuel particulier (Milner & Goodale, 2008 ; Ungerleider & Haxby, 1994). Par exemple, lorsque vous voyez une balle rouler dans la rue, le "cheminement" identifie l'objet et le "cheminement où/comment" identifie sa localisation ou son mouvement dans l'espace.

Perception des couleurs et de la profondeur

Nous ne voyons pas le monde en noir et blanc, ni en deux dimensions (2-D) ou à plat (seulement la hauteur et la largeur, pas de profondeur). Voyons comment fonctionne la vision des couleurs et comment nous percevons les trois dimensions (hauteur, largeur et profondeur).

Vision des couleurs

Les personnes à la vue normale ont trois types de cônes différents qui servent à la vision des couleurs. Chacun de ces types de cônes a une sensibilité maximale à une longueur d'onde de lumière légèrement différente. Selon la théorie trichromatique de la vision des couleurs, illustrée dans la figure ci-dessous, toutes les couleurs du spectre peuvent être produites en combinant le rouge, le vert et le bleu. Les trois types de cônes sont chacun réceptifs à l'une des couleurs.

Cette figure illustre les différentes sensibilités pour les trois types de cônes que l'on trouve chez un individu à la vue normale. (crédit : modification du travail de Vanessa Ezekowitz)

Le daltonisme : Une histoire personnelle

Il y a plusieurs années, je me suis habillée pour aller à une réception publique et je suis entrée dans la cuisine où s'asseyait ma fille de 7 ans. Elle m'a regardé et, de sa voix la plus sévère, m'a dit : "Tu ne peux pas porter ça". Je lui ai demandé pourquoi et elle m'a répondu que les couleurs de mes vêtements n'étaient pas assorties. Elle s'était souvent plainte que je n'arrivais pas à assortir mes chemises, mes pantalons et mes cravates, mais cette fois-ci, elle s'est montrée particulièrement alarmée. En tant que père célibataire n'ayant personne d'autre à qui demander à la maison, je nous ai conduits au magasin de proximité le plus proche et j'ai demandé au vendeur si mes vêtements étaient assortis. Elle m'a répondu que mon pantalon était vert vif, ma chemise orange rougeâtre et ma cravate marron. Elle m'a regardé d'un air interrogateur et m'a dit : "Pas moyen que tes vêtements soient assortis". Les jours suivants, j'ai commencé à demander à mes collègues et à mes amis si mes vêtements étaient assortis. Après plusieurs jours, on m'a dit que mes collègues pensaient que j'avais "un style vraiment unique", j'ai pris rendez-vous avec un ophtalmologue et j'ai passé un test. C'est alors que j'ai découvert que j'étais daltonienne. Je ne peux pas différencier la plupart des verts, des bruns et des rouges. Heureusement, à part le fait d'être mal habillé sans le savoir, mon daltonisme nuit rarement à ma vie quotidienne.

La figure comprend trois grands cercles qui sont composés de plus petits cercles de différentes nuances et tailles. À l'intérieur de chaque grand cercle se trouve un nombre qui n'est visible que par sa couleur différente. Le premier cercle a un chiffre 12 orange sur fond vert. La deuxième couleur a un nombre vert 74 sur fond orange. Le troisième cercle a un chiffre 42 rouge et marron sur fond noir et gris.

Le test Ishihara évalue la perception des couleurs en déterminant si les individus peuvent discerner des nombres qui apparaissent dans un cercle de points de différentes couleurs et tailles.

 

Certaines formes de déficience des couleurs sont rares. Il est extrêmement rare de voir en niveaux de gris (uniquement des nuances de noir et de blanc), et les personnes qui le font n'ont que des bâtonnets, ce qui signifie qu'elles ont une très faible acuité visuelle et ne peuvent pas voir très bien. L'anomalie héréditaire liée au chromosome X la plus courante est le daltonisme rouge-vert (Birch, 2012). Environ 8 % des hommes de descendance caucasienne européenne, 5 % des hommes asiatiques, 4 % des hommes africains et moins de 2 % des hommes indigènes américains, australiens et polynésiens présentent un déficit de la couleur rouge-vert (Birch, 2012). En comparaison, seulement environ 0,4 % des femmes d'origine caucasienne européenne présentent une déficience de la couleur rouge-vert (Birch, 2012).

La théorie trichromatique de la vision des couleurs n'est pas la seule théorie - une autre théorie majeure de la vision des couleurs est connue sous le nom de théorie du processus d'opposition. Selon cette théorie, la couleur est codée en paires opposées : blanc-noir, bleu-jaune et rouge-vert. L'idée de base est que certaines cellules du système visuel sont excitées par une des couleurs adverses et inhibées par l'autre. Ainsi, une cellule excitée par des longueurs d'onde associées au vert serait inhibée par des longueurs d'onde associées au rouge, et vice versa. L'une des implications du traitement de l'adversaire est que nous ne ressentons pas les rouge-verdâtre ou les bleu-jaunâtre comme des couleurs. Une autre implication est que cela conduit à l'expérience de post-images négatives. Une post-image décrit la continuation d'une sensation visuelle après la suppression du stimulus. Par exemple, lorsque vous regardez brièvement le soleil et que vous vous en éloignez, vous pouvez encore percevoir une tache de lumière bien que le stimulus (le soleil) ait été supprimé. Lorsque la couleur est impliquée dans le stimulus, les paires de couleurs identifiées dans la théorie du processus d'opposition conduisent à une post-image négative. Vous pouvez tester ce concept en utilisant le drapeau de la figure ci-dessous.

Fixez le point blanc pendant 30 à 60 secondes, puis déplacez vos yeux vers une feuille de papier blanc. Que voyez-vous ? C'est ce qu'on appelle une post-image négative, et elle fournit un soutien empirique à la théorie de la vision des couleurs de l'adversaire. Cependant, ces deux théories - la théorie trichromatique de la vision des couleurs et la théorie de l'adversaire - ne s'excluent pas mutuellement. Les recherches ont montré qu'elles s'appliquent simplement à différents niveaux du système nerveux. Pour le traitement visuel sur la rétine, la théorie trichromatique s'applique : les cônes sont sensibles à trois longueurs d'onde différentes qui représentent le rouge, le bleu et le vert. Mais une fois que le signal passe par la rétine pour atteindre le cerveau, les cellules réagissent d'une manière conforme à la théorie du processus inverse (Land, 1959 ; Kaiser, 1997).

Perception de la profondeur

Notre capacité à percevoir les relations spatiales dans l'espace tridimensionnel (3-D) est connue sous le nom de perception de la profondeur. Avec la perception de la profondeur, nous pouvons décrire les choses comme étant devant, derrière, au-dessus, en dessous ou à côté d'autres choses.

Notre monde est tridimensionnel, il est donc logique que notre représentation mentale du monde ait des propriétés tridimensionnelles. Nous utilisons une variété de repères dans une scène visuelle pour établir notre sens de la profondeur. Certains d'entre eux sont des indices binoculaires, ce qui signifie qu'ils reposent sur l'utilisation des deux yeux. Un exemple d'indice de profondeur binoculaire est la disparité binoculaire, c'est-à-dire la vision légèrement différente du monde que chacun de nos yeux reçoit. Pour faire l'expérience de cette vision légèrement différente, faites cet exercice simple : étendez votre bras complètement et étendez un de vos doigts et concentrez-vous sur ce doigt. Maintenant, fermez votre œil gauche sans bouger la tête, puis ouvrez votre œil gauche et fermez votre œil droit sans bouger la tête. Vous remarquerez que votre doigt semble se déplacer lorsque vous alternez entre les deux yeux en raison de la vue légèrement différente que chaque œil a de votre doigt.

Un film en 3D fonctionne sur le même principe : les lunettes spéciales que vous portez permettent aux deux images légèrement différentes projetées sur l'écran d'être vues séparément par votre œil gauche et votre œil droit. Lorsque votre cerveau traite ces images, vous avez l'illusion que l'animal qui saute ou la personne qui court vient droit vers vous.

Bien que nous nous appuyions sur des repères binoculaires pour faire l'expérience de la profondeur dans notre monde en 3D, nous pouvons également percevoir la profondeur dans les tableaux en 2D. Pensez à toutes les peintures et photographies que vous avez vues. En général, vous percevez la profondeur dans ces images même si le stimulus visuel est en 2D. Lorsque nous faisons cela, nous nous appuyons sur un certain nombre de repères monoculaires, ou de repères qui ne nécessitent qu'un seul œil. Si vous pensez que vous ne pouvez pas voir la profondeur avec un œil, notez que vous ne vous heurtez pas à des objets lorsque vous utilisez un seul œil en marchant - et, en fait, nous avons plus de repères monoculaires que de repères binoculaires.

Un exemple d'indice monoculaire serait ce que l'on appelle la perspective linéaire. La perspective linéaire fait référence au fait que nous percevons la profondeur lorsque nous voyons deux lignes parallèles qui semblent converger dans une image. L'interposition, le chevauchement partiel des objets, la taille relative et la proximité des images par rapport à l'horizon sont d'autres indices de profondeur monoculaire.

Nous percevons la profondeur dans une figure bidimensionnelle comme celle-ci grâce à l'utilisation de repères monoculaires comme la perspective linéaire, comme les lignes parallèles qui convergent lorsque la route se rétrécit dans le lointain. (crédit : Marc Dalmulder)

Stéréo-cécité

Bruce Bridgeman est né avec un cas extrême de paresse oculaire qui l'a rendu stéréo aveugle, ou incapable de répondre aux indices binoculaires de profondeur. Il se fiait beaucoup aux indices de profondeur monoculaires, mais il n'a jamais vraiment apprécié la nature 3D du monde qui l'entourait. Tout cela a changé un soir de 2012, alors que Bruce était en train de voir un film avec sa femme.

Le film que le couple allait voir a été tourné en 3D et, même s'il pensait que c'était une perte d'argent, Bruce a payé les lunettes 3D lorsqu'il a acheté son billet. Dès que le film a commencé, Bruce a mis les lunettes et a vécu une expérience complètement nouvelle. Pour la première fois de sa vie, il a pu apprécier la véritable profondeur du monde qui l'entoure. Fait remarquable, sa capacité à percevoir la profondeur a persisté en dehors de la salle de cinéma.

Il existe des cellules dans le système nerveux qui réagissent aux indices de profondeur binoculaire. Normalement, ces cellules doivent être activées au début du développement pour pouvoir persister. Les experts qui connaissent bien le cas de Bruce (et d'autres comme lui) supposent qu'à un moment donné de son développement, Bruce a dû connaître au moins un moment fugace de vision binoculaire. Cela a suffi pour assurer la survie des cellules du système visuel réglé sur les repères binoculaires. Le mystère est maintenant de savoir pourquoi il a fallu à Bruce près de 70 ans pour que ces cellules soient activées (Peck, 2012).

D'après Vision