Œil
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L'œil (pluriel les yeux) est l'organe de la vision c'est-à-dire l'organe des sens qui permet à un animal d'analyser la lumière pour pouvoir 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.
L'un des grands objectifs de la technologie contemporaine est de parvenir à fabriquer des « yeux électroniques » capables d'égaler voire de dépasser les aptitudes des yeux qui existent dans le monde vivant pour, par exemple, remplacer l'œil d'une personne qui aurait eu un accident.
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[modifier] L'œil humain
L'œil s'adapte en premier lieu à la lumière ambiante. L'homme peut ainsi percevoir avec une sensibilité équivalente en plein soleil ou sous la lumière de la pleine lune, soit avec une intensité lumineuse 10 000 fois moindre. Une première adaptation provient de l'écartement de l'iris qui en mode de nuit peut atteindre une ouverture maximale de 7 mm pour des jeunes gens (maximum qui décroît à 4 mm avec l'âge).
[modifier] Anatomie et physiologie oculaire
Comme chez la plupart des mammifères, oiseaux, reptiles et poissons, l'œil humain est constitué d'un globe oculaire, formé de 3 enveloppes : la sclère, l'uvée, et la rétine (de dehors en dedans).
[modifier] Partie antérieure
- la cornée, partie antérieure du globe oculaire, c'est une lentille transparente dont le rôle est de capter et de focaliser la lumière sur le cristallin.
- l'humeur aqueuse, située entre la face postérieure de la cornée en avant et la face antérieure du cristallin en arrière.
- l'uvée, composée de l'iris (permettant la modification de la luminosité entrante), de la choroïde et du corps ciliaire ;
- la pupille est le trou situé au centre de l'iris;
- le cristallin, lentille biologique servant à l'accommodation ("mise au point" sur l'objet à visualiser permettant d'obtenir d'un point objet un point image focal sur la rétine) est relié aux corps ciliaires par l'intermédiaire de la zonule ;
[modifier] Partie postérieure
- la rétine, membrane regroupant des cellules nerveuses photoréceptrices appelées cônes et bâtonnets, servant à la transformation de l'onde électromagnétique en impulsions électriques, pour traitement des images par le système nerveux ;
- la choroïde, membrane nourricière de la rétine et véritable « éponge vasculaire » qui tapisse la face interne de l'oeil.
- la sclère.
- le corps vitré.
[modifier] Les annexes de l'œil
Il y en a quatre :
- L'orbite, cavité osseuse, recouverte d'une membrane fibro-élastique (la périorbite). Rôle de protection.
- Les muscles oculomoteurs, rôle de déplacement. Au nombre de 6 chez l'humain :
- 4 muscles droits : droit supérieur, droit inférieur, droit interne (ou médial) et droit externe (ou latéral) ;
- 2 muscles obliques : grand oblique (ou oblique supérieur) et petit oblique (ou oblique inférieur)
- La paupière, membrane permettant une isolation plus ou moins importante du rayonnement électromagnétique, l'étalement du film de larmes et la protection de la cornée.
- La glande lacrymale : située en haut et en dehors, elle secrète 40 % de nos larmes, le reste étant sécrété par des glandes accessoires.
[modifier] Les récepteurs de l'œil
Les récepteurs de l'œil servent à décomposer les informations lumineuses en signaux électriques qui seront envoyés au nerf optique.
- Chez l'homme, il existe 3 types de cônes (rouge, vert, bleu) servant à décomposer la lumière en couleurs. Ils sont au nombre de quatre chez certains reptiles et oiseaux. Ceux-ci peuvent détecter l'ultraviolet et leurs cônes ne détectent pas tout à fait les mêmes couleurs.
- Les bâtonnets limités à la lumière, plus rapides et plus sensibles que les cônes.
[modifier] Les tissus de l'œil
Comme chez la plupart des mammifères, oiseaux, reptiles et poissons, l'œil humain est constitué d'un globe oculaire, comportant :
- la cornée, partie antérieure du globe oculaire, lentille transparente, elle est le hublot de l'œil
- la sclère ou sclérotique.
[modifier] Pathologies de l'œil
L'ophtalmologie est la science qui étudie l'œil. Toutes les parties de l'œil peuvent être touchées :
- Muscles oculomoteurs : Diplopie, parésie ou paralysie des muscles.
- Orbite : énophtalmie, exophtalmie etc.
- Paupière : ptosis, ectropion, entropion, orgelet, blépharite, tumeur, lagophtalmie, distichiasis, chalazion, etc.
- Appareil lacrymal : dacryoadénite, canaliculite, dacryocystite etc.
- Conjonctive : conjonctivite (bactérienne, fongique, parasitaire ou virale), pinguécula, ptérygion etc.
- Sclère : sclérite, scléromalacie perforante ou non, sclère bleue etc.
- Cornée : kératite (bactérienne, fongique, parasitaire ou virale), kératocône, gérontoxon etc.
- Uvée : uvéite, colobome etc.
- Pupille : fixe, en mydriase (dilatée), en myosis (contractée), irrégulière (dont l'origine est souvent une inflammation de l'iris passée ou présente)
- Cristallin : cataracte, ectopie, myopie, aphakie, presbytie etc.
- Vitré : hémorragie, décollement etc.
- Rétine : déchirure, décollement, occlusion artérielle ou veineuse, dégénérescences (dégénérescence maculaire liée à l'âge), rétinite (rétinite pigmentaire) etc.
- Nerf optique : névrite optique, œdème papillaire, glaucome
- Strabisme
[modifier] Fonctionnement optique de l'œil
La première modélisation de l'œil, dit "œil réduit" consiste à le considérer comme un dioptre sphérique, muni d'un diaphragme et permettant de se placer dans les conditions de Gauss permettant le stigmatisme approché. Ce modèle permet de comprendre la formation des images sur la rétine et l'effet de la courbure (modifiée par le cristallin) pour l'accommodation.
Le modèle pratique utilisé dans des activités expérimentales consiste à modéliser la rétine par un écran plat (feuille blanche) et le cristallin par une lentille convergente.
Dans certains dispositifs didactiques la lentille est une lentille souple constituée d'une membrane plastique que l'on peut remplir plus ou moins avec de l'eau. On peut ainsi montrer l'accommodation et aborder les notions de punctum proximum et de punctum remotum.
L'utilisation d'une lentille en verre, permet de modéliser l'œil normal (emmétrope, vision nette à l'infini sans accommodation) puis, en modifiant la distance écran-lentille, de modéliser la myopie (écran trop éloigné) et l'hypermétropie (écran trop près), avec la possibilité ensuite d'ajouter une lentille correctrice pour modéliser les lunettes de vue.
Abordons quelques données optiques (moyennes) de l'œil :
| Structures | Rayon de courbure antérieur | Rayon de courbure postérieur | Indice de réfraction |
|---|---|---|---|
| cornée | 7,8 mm | 6,8 mm | 1,377 |
| humeur aqueuse | - | - | 1,337 |
| cristallin | 10 mm | 6 mm | 1,413 |
| humeur vitrée | - | - | 1,337 |
L'œil peut être réduit à un système centré dont les caractéristiques suivent :
- distance focale image : +22 mm
- distance focale objet : -17 mm
- distance (foyer objet → face antérieure de la cornée) : +15 mm
- donc distance (face antérieure de la cornée → plans principaux) : +2 mm
- donc distance (face antérieure de la cornée → rétine) : +24 mm
- rayon de courbure : +6 mm
- puissance : D = +60 δ
- indice de réfraction : n = 1,337
- accommodation : AC = 6,667
- minimum séparable : αmin = 1'
[modifier] Diversité des yeux
L'œil des vertébrés, dont l'être humain, est constitué d'un globe oculaire tapissé à l'intérieur par la rétine qui capte les rayons lumineux entrant par un orifice situé en avant du globe oculaire. Le cristallin que traversent les rayons lumineux en entrant dans le globe oculaire est une lentille transparente qui permet d'accommoder afin d'obtenir une image nette sur la rétine. Contrairement aux vertébrés, les insectes et plus généralement de nombreux arthropodes possèdent des paires d'yeux composés constitués chacun d'un ensemble compact de récepteurs sensoriels appelés ommatidies qui décomposent l'image en une sorte de mosaïque dont chaque morceau est analysé par un unique photorécepteur.
Chez les prédateurs comme les chats ou les rapaces, les yeux sont placés l'un à côté de l'autre ce qui permet, en vision binoculaire, de mieux percevoir les distances des proies situées en face d'eux ; à l'inverse, les yeux d'autres animaux comme les lapins ou les souris sont généralement placés de part et d'autre de la tête ce qui permet de couvrir un plus grand champ visuel et de mieux détecter la présence d'un danger dans l'environnement.
Les yeux composés des arthropodes (notamment chez les insectes et les crustacés) sont constitués d'un ensemble de récepteurs (jusqu'à 30 000 chez certains coléoptères) sensibles à la lumière qui sont appelés des ommatidies. On appelle plus vulgairement l'œil composé : œil à facettes. Pour les copépodes il y a, dans la plupart des cas, un œil impair, médian, qui correspond à l'œil de la larve Nauplius. Il est alors couramment appelé œil nauplien.
Chez la plupart des vertébrés et certains mollusques (les pieuvres entre autres), l'œil consiste en la projection de l'image sur un tissu photosensible : la rétine. Celle-ci détecte la lumière et l'information est transmise au cerveau par le nerf optique. L'œil est généralement de forme à peu près sphérique, et rempli d'un gel transparent appelé humeur vitrée. L'œil dispose souvent d'une lentille convergente et d'un muscle obturateur, l'iris, qui contrôle le niveau de lumière qui pénètre dans l'œil. Bien que les yeux des vertébrés et des céphalopodes semblent identiques en fonction et en forme une fois la morphogenèse achevée, l'étude embryologique montre que si l'organe visuel des vertébrés provient de la différenciation de cellules du cerveau, celui des mollusques provient de la différenciation de cellules de la peau. On cite ce cas comme exemple d'évolution convergente.
Certains mammifères comme le chat ou certains rapaces nocturnes sont nyctalopes. La bande spectrale visible varie selon les espèces. Ainsi certains oiseaux (oiseaux-mouches, hirondelles, pigeons...), arthropodes (langoustes, abeilles...), reptiles (gecko, tortue...) et poissons (truite...) semblent voir les rayons ultraviolets.
Certains serpents "voient" dans l'infrarouge mais grâce à leurs fossettes. La vision des couleurs diffère aussi selon les espèces ou les individus.
La crevette-mante est réputée avoir l'œil le plus complexe du règne animal.
[modifier] Théorie sur l'évolution de l'œil
Durant longtemps, on a pensé que les différentes formes de yeux s'étaient développées d'une façon indépendante à partir d'espèces d'origines diverses (on parle de développement Paraphylétique). Cependant la découverte de l'existence d'un gène commun au règne animal contrôlant le développement des yeux, fait plutôt penser à une origine commune (on parle de développement monophylétique). Il semble donc que la diversité de forme et de structure soit le fruit de séries d'évolutions dues à la sélection naturelle. Ce mécanisme d'évolution a donc été source de controverse entre les évolutionnistes et les créationnistes.
La diversité des organismes et des types de vision est, comme le soulignait déjà Charles Darwin dans L'Origine des espèces, un défi intellectuel pour les partisans de l'évolution. Pourtant, il existe des points communs dans le fonctionnement des yeux des diverses espèces.
Par exemple, il existe des similitudes dans la façon dont les stimuli visuels sont transmis des récepteurs au système nerveux central. Ces similitudes sont très nombreuses chez les amniotes. L'œil ancestral de ces animaux dériverait d'espèces de l'ordre des Captorhinida disparus il y a 300 millions d'années[1].
[modifier] Couleur de l'œil humain
Article détaillé : Couleur des yeux.Une mutation génétique du gène OCA2, porté par le chromosome 15 serait responsable de la couleur bleue des yeux et date d’environ 8000 ans[2]. Elle serait dûe à un ancêtre commun unique et a perduré.
OCA2 code pour la protéine P qui est impliquée dans la production de mélanine, le pigment qui colore les cheveux, la peau et les yeux. La mutation n’est pas directement située sur OCA2 mais sur un gène adjacent qui n’annihile pas totalement son activité mais limite son champ d’action en réduisant la production de mélanine dans l’iris. Lorsque le gène est totalement désactivé, le corps ne secrète plus du tout de mélanine : c’est l’albinisme.
[modifier] L'œil électronique
Dans les dispositifs électroniques visant à restaurer une vision déficiente, 8 systèmes sont à l'étude. Ils dépendent du niveau de l'œil que l'on veut substituer :
- soit la "rétine". Ce sont des plaques contenant des milliers, voire des millions de semi-conducteurs, qui vont permettre de transformer la lumière en signal électrique.
Le signal sera ensuite transmis aux fibres visuelles encore en vigueur.
- soit le "nerveux optique".
- soit le "cortex optimum cérébral". L'image est enregistrée par une caméra DIVx, transformée en signaux électriques par DSP, transmis à des électrodes en cuivre pur qui simulent le cortex visuel occipital.
[modifier] Voir aussi
[modifier] Liens internes
- Chirurgie oculaire
- Ophtalmologie
- Perspective visuelle
- Précaution en cas de blessure à l'œil
- Vision des oiseaux, Anneau sclérotique
[modifier] Liens externes
- [1](site très complet du Syndicat National des Ophtalmologistes de France)
- [2]
- (fr) Les défauts de la vision et Quelques expériences pour mettre en évidence les propriétés de l'œil du site CultureSciences-Physique de l'ENS Lyon
[modifier] Médias
- Schéma descriptif de l'œil humain (animation flash).
[modifier] Notes et références
- ↑ Carroll, R.L. (1988). Vertebrate paleontology and evolution. New York: Freeman.
- ↑ Eiberg H, Troelsen J, Nielsen M, Mikkelsen A, Mengel-From J, Kjaer KW, Hansen L, Blue eye color in humans may be caused by a perfectly associated founder mutation in a regulatory element located within the HERC2 gene inhibiting OCA2 expression, Hum Genet, 2008 Jan 3
| Système sensoriel - Système visuel |
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Œil - Nerf optique - chiasme optique - tractus optique - corps genouillé latéral - radiation optique - cortex visuel |
| Système sensoriel - Système visuel - Œil | |
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Rétine - Cornée - Iris - Pupille - Cristallin - Macula - Sclère - Fovéa - Point aveugle - Corps vitré - Humeur aqueuse - Liquide lacrymal - Choroïde - Corps ciliaire - Conjonctive - Structure d'angle - Tapetum lucidum |
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