Le cerveau et les sens
La vue
La vue est un des prinipaux sens de l'Homme. Il dépend d'un organe indispensable à cette perception : l'oeil. Il est le seul organe sollicité dans la percepion visuelle, et il est présent en deux exemplaires chez tout humain normalement constitué.
Le fonctionnement de cet organe est relativement simple. La lumière traverse tout d'abord la cornée, partie transparente à la surface de l'oeil, qui joue simplement le rôle de fenêtre : elle laisse passer la lumière. La lumière passe ensuite à travers l'humeur aqueuse, liquide transparent qui nourrit la cornée et protège le crisatllin des impuretés extérieures. Ce dernier entre alors en jeu : cette lentille ajustable peut, grâce aux muscles qui le fixent au globe occulaire, devenir plus ou moins convexe afin de transmettre une image nette au fond de l'oeil. Avant d'atteindre la rétine, la lumière passe par la pupille, espace se trouvant au milieu de l'iris, diaphragme coloré pouvant se dilater ou se contracter afin de réguler la quantité de lumière entrant dans l'oeil, puis traverse l'humeur vitrée, gel transparent remplisant l'intérieur de l'oeil. Enfin la lumière atteint l'écran qui se trouve au fond du globe occulaire, la rétine.
Les cellules photoréceptrices se situent en exclusivité dans la rétine, on n'en trouve nulle part ailleurs. Il en existe deux sortes, que l'on différencie par leur constitution légèrement différente et leur différence de fonctionnement. Les deux types de cellules sont consitués comme le modèle type de n'importe quelle cellule : une membrane, un cytoplasme contenant les organites et le noyau. Cette partie est appelée segment interne chez ce type de cellules. Elles ont cependant deux particularités : elles présentent à une extrémité une terminaison permettant les liaisons synaptiques, et de l'autre une partie que l'on nomme le segment externe.
Cette partie de la cellule est constituée de "disques" de membrane cellulaire repliée sur elle-même. C'est là que réside la première différence entre cônes et bâtonnets : les bâtonnets possèdent un très grand nombre de ces disques, tandis que les cônes en possèdent beaucoup moins. Leur forme en est donc différente : les premiers sont de forme cylindrique, alors que les seconds ont une forme se rapprochant plus de celle d'un cône. Les bâtonnets sont, proportionnellement à leur nombre de disque, beaucoup plus sensibles à la lumière que les cônes.
Contrairement à ceux de la plupart des autres cellules, les canaux ioniques des bâtonnets et des cônes sont naturellement ouverts au repos, ce qui crée ce que l'on appelle un courant d'obscurité. Les milieux intracellulaires et extracellulaires étant déjà en échanges permanents, il ne peut pas se produire le même phénomène que pour la propagation de l'influx nerveux, c'est à dire une dépolarisation. Lors de la fermeture des canaux ioniques, on assiste alors à un phénomène d'hyperpolarisation : le milieu intracellulaire devient encore plus négativement chargé relativement au milieu extracellulaire. La réaction au niveau des terminaisons synaptiques est donc contraire à celle que l'on pourrait attendre, moins de neurotransmetteurs vont être transmis aux neurones bipolaires, ce qui modifiera l'influx nerveux envoyé vers le nerf optique, donc vers le cerveau. On parle alors de fontionnement par inhibition, car les cellules activées envoient un signal plus faible.
Les cônes réagissent à différentes longueurs d'ondes, selon le pigment qui est le plus présent dans chacun d'entre eux. On en différencie donc trois types : les cones-S qui réagissent au bleu, les cônes-M qui réagissent au vert, et les cônes-L qui réagissent au rouge. Les lettres qui leur sont attribuées viennent de l'anglais "Short, Medium, Long wavelenghts" qui indique donc la taille des longueurs d'ondes avec lesquelles ils réagissent.
Les bâtonnets eux réagissent plus aux différentes nuances de gris, ce qui nous permet de voir dans l'obscurité.
L'influx nerveux part donc des cellules photoréceptrices, et se propage à travers les axones des neurones ganglionnaires de la rétine, jusqu'à ce qu'il atteigne le nerf optique, partant du disque optique. À partir de ce point, l'influx suit ce nerf dans le cerveau. À la sortie de chaque oeil, le nerf propage deux sortes d'informations : celles qui viennent de la partie nasale, côté intérieur de l'oeil, et celles qui viennent de la partie temporale, côté extérieur de l'oeil. Le nerf se dirige d'abord tout droit vers l'axe de symétrie du cerveau, vers le chiasma optique. À partir de ce point, le nerf de gauche propage les informations venant du côté droit de chaque oeil (hémichamp temporal de l'oeil droit et hémichamp nasal de l'oeil gauche) et inversement pour le nerf partant du côté droit, qui transmet alors les informations visuelles venant de la gauche (hémichamp temporal de l'oeil gauche et hémichamp nasal de l'oeil droit).
On se retrouve alors avec deux nerfs que l'on nomme tractus, le droit s'occupant du champ visuel gauche, et le gauche du champ visuel droit. 80% des fibres de ces tractus se dirigent vers les corps genouillés latéraux, qui redistribuent ensuite ces fibres vers le cortex visuel primaire via les radiations optiques, un ensemble de nerfs.
Une fois acheminée jusqu'au cortex visuel primaire, partie potérieure du lobe occipital, l'information visuelle connaît un parcours relativement complexe. Tout d'abord reçue par l'aire nommée V1, correspondant au cortex visuel primaire, qui entame leur traîtement, puis les transmet vers les aires V2, ou le cortex visuel secondaire, situées au dessus et en dessous de V1. Le cortex visuel est cependant en relations avec tout le reste du cerveau, avec des aires visuelles tertiaires et associative, qui forment deux principales voies dans le cerveau, soient la voie ventrale et la voie dorsale.
La voie ventrale permettrait plutôt de répondre à la question "quoi?", c'est à dire la reconnaissance de l'objet, prenant en compte sa forme, sa couleur, sa taille. Elle se répand sur toute la partie temporale du cortex cérébral. La voie dorsale permetrait de résoudre la problématique du "où?" en prenant en compte la distance, le mouvement et l'orientation. Elle se situe sur le lobe pariétal. Ces deux voies sont indispensables à l'Homme afin qu'il puisse agir en fonction de son environnement, saisir des objets et autres.
Encore théorique, on peut synthétiser ce fonctionnement sous la forme du diagramme ci-contre.
Voici des schémas du cerveau permettant de situer chaque zone présente sur le diagramme. Ce modèle de fonctionnement du cerveau étant encore à l'étude, on n'est pas encore totalement sûrs de la fonction de chaque aire décrite.
La rétine tapisse le fond du globe occulaire, sur toute sa surface. Elle est l'organe qui transforme la lumière reçue en influx électrique qui est ensuite transmis au cerveau par le nerf optique. Elle est une fine pellicule composée de 3 couches de cellules superposées, qui sont séparées par d'autres sous-couches : la première couche, en surface, est constituée des axones des neurones ganglionnaires, convergeant tous en direction du nerf optique. Juste en dessous, on trouve donc une couche uniquement composée des neurones ganglionnaires en question. En allant plus en profondeur, on rencontre une couche d'axones et de dendrites, appartenant aux neurones bipolaires de la couche sous-jacente et aux cellules ganglionnaires de la couche au dessus; cette couche de transition est appelée couche plexiforme interne. L'épaisseur suivante est constituée des corps cellulaires des neurones bipolaires et des autres types de neurones que l'on trouve dans cette couche (cellules amacrines et horizontales); elle porte l'appellation de couche nucléaire interne. On atteint ensuite une seconde couche plexiforme, dite externe, composée des prolongements des neurones adjacents. La couche suivante est constituée des corps cellulaires des cellules photoréceptrices, c'est à dire des cellules sensibles à la lumière qui transforment la lumière perçue en influx nerveux, qu'elles transmettent aux cellules du dessus via des synapses, jusqu'aux cellules ganglionnaires propagent cet influx jusqu'au nerf optique. Sur la dernière couche cellulaire, on trouve donc les parties pigmentées des cellules qui convertissent la lumière en influx : ces cellules sont connues sous le nom de cônes et de bâtonnets.
La transcription de la lumière en influx nerveux se fait dans le segment externe des cellules photoréceptrices. En effet, sur les disques se trouvent des molécules photosensibles, autrement dit sensibles à la lumière, que l'on appelle des pigments. Sur les bâtonnets, on parle de rhodopsine, sur les cônes d'iodopsine. Ce pigment est formé d'une protéine, l'opsine, qui a la propriété d'être transmembranaire : elle traverse la membrane cellulaire. Cette protéine est formée de 7 différentes hélices, et sur la 7e est fixé un dérivé de la vitamine A. Ce dérivé de la vitamine est appelé un chromophore : il absorbe une certaine longueur d'onde. Quand un photon, particule énergétique qui propage la lumière, est absorbé par le chromophore, si l'énergie apportée est suffisante, la molécule changera de configuration. Ce phénomène est appelé une photo-isomérisation, c'est à dire que la lumière permet à la molécule de changer sa conformation en faisant rotater une partie d'elle-même. La molécule pas alors de sa forme passive à sa forme active, qui, avec autant d'efficacité qu'un neurotransmetteur dans les liaisons synaptiques, ira activer la production d'un protéine appelée la transducine, ou protéine G. Cette protéine, par le biais d'autres enzymes sera responsable de la fermeture des canaux sodiques de la cellule.
L'image formée sur la rétine est renversée à cause du cristallin, qui en tant que lentille produit cet effet. Elle est également très floue et presque entièrement bichromatique, en noir et blanc, sauf en un point, de 2mm de diamètre environ, qui se situe exactement au fond de l'oeil, en face de la pupille : c'est la fovéa. Au centre d'une aire sans vaisseaux sanguins, appelée la macula, cette zone, est exclusivement constituée de cônes et est l'endroit où l'accuité visuelle est la meilleure.
Une seconde zone de l'oeil présente une particularité : le disque optique. C'est à partir de cet endroit que la quasi-totalité des vaisseaux sanguins servant à irriguer la rétine sortent, et c'est au même endroit que les axones des neurones ganglionnaires se dirigent vers le nerf optique. Dépourvu de cellules photoréceptrices, il est à l'origine du phénomène du point aveugle.
Les fibres du tractus qui ne vont pas en direction des corps genouillés latéraux vont alors vers d'autres parties du cerveau afin d'y transmettre les informations recueillies par les organes visuels. Une partie se dirige vers le noyau suprachiasmique de l'hypothalamus. Cette partie est considérée comme étant le foyer de l'horloge interne de l'Homme, c'est pourquoi les informations visuelles ont besoin d'y être transmises. À partir de ces informations, le cerveau va pouvoir intégrer des facteurs tels que l'obscurité ambiante afin de permettre la synchronisation de différents rythmes biologiques quotidiens, tels que dormir et se réveiller. D'autres fibres vont partir en direction du prétectum, qui pourra déclencher des mouvements réflexes, comment la dilatation ou la contraction de l'iris, ou le réflexe opto-cinétique, qui pousse à suivre un objet en mouvement du regard. Enfin, la majorité de ces fibres, environ 10% du tractus, se dirigent vers le collicus supérieur, qui coordonne le mouvement des yeux, et permet à l'oeil d'avoir une image nette en maintenant la fovéa en mouvement permanent.
Les Hommes sont dotés de 5 sens, autant de façons de percevoir un même objet, nous allons nous focaliser sur 3 d'entre eux. Mais comment l'information passe de simple influx nerveux à image, son, ou goût?
?Voici pour la vue, mais et le goût alors