Cours SVT 1ereS - De l'oeil au cerveau

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Ce cours de SVT pour Première S traire de la vision et de la liaison entre l'oeil et le cerveau. Les chapitres de ce cours sont : "De la lumière au message nerveux" et "Cerveau et vision : aires visuelles et plasticité cérébrales"

Publié le : vendredi 20 décembre 2013
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Chap9-1ereS DE L’ OEIL AU CERVEAU: QUELQUES ASPECTS DE LA VISION Accroche - Les êtres humains dont la vision des couleurs est considérée comme normale sont capables de percevoir 15000 nuances. Certains individus sont atteints de daltonisme, maladie génétique qui entraîne des perturbations au niveau de la vision des couleurs. -  avec les Primates, notammentL’ Homme partage avec d’ autres animaux,une vision du monde en couleurs. Les illusions d’ optiqueComment l’il et lecoopèrent-ils dans la construction de notre représentation visuelle ?cerveau I- DE LA LUMIERE AU MESSAGE NERVEUX - sont les différents organes sensoriels ?Quels A- La structure de l’il: Tp 22 dissection de l’ilCapacités et attitudes:mettre en uvre un protocole de dissection pour comprendre le trajet de la lumière1. Le cristallin : une lentille vivante : Capacités et attitudes : Recenser, extraire et organiser des informations et/ou manipuler (dissection, maquette et/ou recherche documentaire) pour : localiser et comprendre l’organisation et le fonctionnement du cristallin ; comprendre certains défauts de vision. - Identifier les diffrentes parties de l’ il: sclérotique, pupille, iris, cornée, paupière, cils, sourcils, glandes lacrymales. - Légender le dessin  Lil humain est limit par trois enveloppes embotes : la sclrotique, la chorode, et la rtinequi se prolonge par le nerf optique. Il comprend des milieux transparents qui sont traversésanavx euteatdt oyar selnimul snil : lne, cor eelnird dedf noeur  phaurm aqueuse, cristallin, humeur vitrée. Livre p 304-305 + diverses photos cristallin a. La transparence du cristallin : Document 1 et 2 p 304 - Observation cristallin au microscope Le cristallin est formé de cellules vivantes. Il doit sa transparence à une structure et à un fonctionnement particulier des cellules qui le constituent. Ces cellules, sans organites, renfermentsnarerap.ecn  pertionla tmet  tld noinasroagiscrs leesinlltaorp sed ,senit Elles assurent en permanencehnaoneg e st  esslvenctaiaeuls  leur neudt rsictitehcL .sm seladoontie  durleds itsde ce renouvellement sont indispensables à la transparence du cristallin. C’est une lentille vivante biconvexe souple et dformable.b.  d’anomalies de la vision origineLe cristallin  l’: Capacités et attitudes : Recenser, extraire et organiser des informations et/ou manipuler (dissection, maquette et/ou recherche documentaire) pour comprendre certains défauts de vision. Document 4 p 305 Laltration dun des milieux transparents a des consquences sur la perception visuelle.Avec l’ge la souplesse et la transparence du cristallin peuvent tre altres :1
La presbytie dcoule dune perte dlasticit des cellules du cristallin qui est  lorigine dunediminution des capacités d’accommodation.La cataracte correspond à une perte de transparence du cristallin due à une précipitation des protéines du cytoplasme des cellules qui le constituent. Pb : Comment la rétine produit-elle un message nerveux à partir de la lumière visible ? B- La rétine et les photorécepteurs : 1. Organisation de la rétine : Capacités et attitudes : extraire et organiser des informations pour comprendre le rôle des photorécepteurs rétiniens ed noitasinagrol, la rétine a. Localisation des photorécepteurs de la rétine - Photo image ophtalomologique de la rétine - Coupe de rétine au microscope optique + dessin à compléter - Photo photo récepteurs La rétine est formée de neurones en réseau. Elle comporte deux types de cellules sensibles à la lumière, ou photorécepteurs, les bâtonnets et les ( eivne nor 521llminsio s soenaialm unere daqu mosesncapxtju, de bâtonnets et 5 millions de cônes). Les neurones (cellules) ganglionnaires sont d’ autre part, les seulescellules dont les fibres nerveuses constituent le nerf optique, qui permettent aux messages de quitter la rétine en direction du cerveau. La lumire doit traverser tous les circuits nerveux c’est-à-dire touteant datteindre d  ealr tni evalispaursetohp selrocepteurs. b. Utilisation d’un logiciel: Utilisation de donnes d’ un logiciel prsentant diffrents aspects de lavision Utiliser le module « photorécepteurs » du logiciel c. Les photorécepteurs répartis inégalement : Livre p 308 document 1 Extraire et exploiter des informations (maquette, logiciel et/ou recherche documentaire et/ou observations microscopiques) pour : comprendre l’organisation de la rtine ;déterminer le rôle des photorécepteurs.d. Expérience de maryotte Les bâtonnets et les cônes sont des photorécepteurs dont la répartition est variable suivant les endroits de la rétine. Le point aveugle est dépourvu de photorécepteurs. Les bâtonnets sont seuls présents dans la rétine périphérique et absents au niveau de la fovéa. Les cônes sont seuls présents au niveau de la fovéa. 2. Des photorécepteurs aux propriétés différentes : Capacités et attitudes : Extraire et organiser des informations pour comprendre la vision des couleurs Identifier les fonctions des cônes et des bâtonnets Document 1 et 2 p 308 relation entre les caractéristiques des photorécepteurs mises en vidence lors de l’ tude du document ci dessus et leurs rles respectifs dans les conditions de vision nocturne ou diurne (livre) relation entre les caractéristiques des photorécepteursmises en vidence lors de l’ tude du document ci-dessus et leurs rôles respectifs dans la vision des couleurs Les bâtonnets sont les seules cellules impliquées dans la vision crépusculaire et nocturne. Les cônes qui nous permettent de distinguer les couleursn ces cirls danssas itum eostnp c ruop tiar ettenctanscoesC. esquason u crépuscule tous les objets nous apparaissent bleutés, grisés (Ne dit-on pas : « la nuit, tous les chats sont gris »). Les animaux aux murs nocturnesont des rétines riches en bâtonnets (chauves-souris, chouettes). 2
une lumière colorée donnée est plus ou moins absorbée par plusieurs types de cônes. la plus grande part de ce que nous considérons comme la vision est due au système des cônes. La rétine humaine contient trois types de cônes, plus abondants dans la partie centrale de la rétine ; chacun présente un maximum de sensibilit pour une longueur donde donne. Ils participentà la vision des couleurs mais sont beaucoup moins sensibles à la lumière que les bâtonnets. 3. Les pigments rétiniens : Livre p 309 document 3 + Q2-3 La lumière modifie un pigment rétinien des cônes et des bâtonnets, ce qui permet la création de messages nerveux, constitués de signaux électriques, enregistrables au niveau des fibres desl ed no eigrena y l  isiernvcoilnoaggnse: anricles ellune e imulsuen signaux électriques qui sont acheminés au cerveau par les nerfs optiques. Les opsines étant des protéines sontcod est absent ou nno pes dar gesesnoL .uqsr nuengfonctionnel, la perception des couleurs  partir de deux types de pigments seulement n’est pascomplètement restituée. Pb : En quoi la présence des opsines dans les photorécepteurs de la rétine humaine permet-de conforter la place de l’hommeelle parmi les primates ? C- Les pigments rétiniens des photorécepteursnoitulodorpstiu ed vl: Les pigments rétiniens présentent de nombreuses similitudes structuraleset fonctionnelles. L’ tude des squences deces protéines et decelles des gnes qui les codent peut permettre de confirmer l’ appartenancede l’ Homme au groupe des Primates.TP 23 Capacités et attitude : Utiliser un logiciel et exploiter des documents pour comparer des gènes et établir des relations de parenté entre primates Extraire et exploiter des informations pour faire le lien entre la vision des couleurs etl’volution.Les gènes des pigments rétiniens constituent une famille multigénique issue de duplications. L’Homme partage avec les Primates un certains nombres de caractères morphologiques et anatomiques, mais il partage aussi des caractèresmolculaires : l’tude compare des pigments rtiniens justifie laplace de l’Homme parmi les Primates.Pb : comment les informations visuelles sont-elles traitées par le cerveau ? Comment notre cerveau nous permet-il d’apprendre? II- CERVEAU ET VISION : AIRES VISUELLES ET PLASTICITE CEREBRALES : A- cerveau : les voies visuelles :De la rétine au 1. De la rétine au cerveau : TP24-1ere S Capacités et attitudes : Extraire et exploiter des informations (maquette, logiciel et/ou recherche documentaire et/ou observations microscopiques) pour comprendre l’organisation des voies visuelles.Activité 1 : la nature du message nerveux : Document 4 p 313 les caractéristiques du message transmis au cerveau depuis la rétine Au niveau de la rtine a lieu la conversion de l’image en messages nerveux. La stimulation des photorécepteurs rétiniens par la lumière est àau reevxud seitn sd  uigenoirln segassem seL .elsuvis suesocpr cerveau sont véhiculés par les fibres nerveuses des cellules ganglionnaires se rassemblant au niveau du nerf optique. Les messages nerveux provenant de la rétine sont propagés par les fibres du nerf optique sous forme de signaux de nature électrique : le message transmis par le nerf est la somme des messages véhiculés dans chaque fibre. 3
Activité 2 : le cortex cérébral reçoit les messages nerveux visuels Le cerveau comporte deux hémisphères cérébraux. On distingue 4 grands lobes à la surface de chaque hémisphère , les lobes frontal, pariétal, temporal et occipital. Chaque hémisphère comporte une mince couche de matière grise externe, appelée cortex cérébral. Du fait des nombreux replis ou circonvolutions cérébrales, le cortex représente 40% de la masse de lencphale (cerveau, cervelet et bulbe rachidien).Il est constitu par l’assemblage de plusieurs dizaines de milliers decellules nerveuses ou neurones. Activité 3 : utilisation du logiciell’il et la visionActivité 4 : les voies nerveuses Capacité et attitudes : Exploiter des données expérimentales - Réaliser un schéma Les messages provenant de la rétine sont véhiculés par les fibres des nerfs optiques qui convergent au niveau du chiasma optique, pour chaque nerf, la moitié des fibres, celles issues de la rétinnad l ssap tnesas ne,ales.ar lpoopre crbhmisphCes messages aboutissent ensuite à un relais cérébral, où les fibres des neurones ganglionnairessont connectes  d’autres neurones, qui vont les transmettre aux aires du cortex visuel occipital. Chaquehmisphre reoit des messages issus de la rtine temporale de l’il situ du mmecôté et des messages issus de la rétine nasale du côté opposé. Pb : quelles sont les zones cérébrales du cerveau mobilisées pour la vision ? B- La construction de la perception visuelle par le cerveau : 1. La vision : une construction cérébrale : Livre p 326-327 Capacités et attitudes : Exploiter des données, notamment expérimentales,pour comprendre qu’une image nat des interactions entredifférentes aires du cortex cérébral. Interpréter des observations médicales et/ou des imageriescrbrales chez l’Homme.Après son arrivée au cortex visuel, le message nerveux visuel est traité par plusieurs aires cérébrales spécialisées dans la perception des formes, des couleurs, des mouvements. L’ensemble est ensuite intgr en une perception visuelle unifie.L’exploitation des messages visuels est assure par de nombreuses aires du cerveau spécialiséeschacune dans le traitement d’un aspect de linformation (couleur, forme, mouvement,localisation… ).2. Intgration simultane de l’ensemble des informations: la perception visuelle est élaborée par le cerveau. Les messages nerveux issus des rétines des deux yeux aboutissent au cortex cérébral au niveau des aires visuelles occipitales. L’information est ensuite traite paralllement par des aires spcialises.Les communications entre les différentes aires permettent une perception unifie d’unobjet. Voir est donc une activit crbrale complexe : l’ensemble des informations est intgr simultanmentpar différentes aires corticales pour construire la perception visuelle. Pb : comment les substances chimiques peuvent-elles perturber le fonctionnement cérébral impliqué dans la vision ? C- Des substances chimiques qui perturbent la vision : Livre p 328-329 Capacités et attitudes : Interpréter des observations médicales et/ou des imageriescrbrales chez l’Homme.Animation fonctionnement synapse :
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Toute perturbation du fonctionnement des synapses sous l’action de substances chimiques ades conséquences sur le fonctionnement des neurones. Certaines substances hallucinogènes perturbent la perception visuelle. Leur action est due à la similitude de leur structure moléculaire avec celle de certains neurotransmetteurs du cerveau auxquels elles se substituent. Des substances comme le LSD perturbent le fonctionnement des aires cérébrales associées à la vision et provoquent des hallucinations. Pb : Comment se réalise la mise en place du système cérébral impliqué dans la vision ? Les connexions entre neurones sont-elles figées ? ou au contraire, existe-t-il une certaine plasticité qui permet une évolution de la perception visuelle ? D- Plasticité neuronale et construction de la perception originale : Livre p 330-331 Capacités et attitudes : Recenser, extraire et organiser des informations pour comprendre le phénomène de plasticité cérébrale et son importance dans l’tablissement de différentes fonctions cognitives. Interpréter des expériences sur la maturation du cortexvisuel chez l’animal.Interpréter des observations médicales et/ou des imageriescrbrales chez l’Homme.Le fonctionnement cérébral impliqué dans la perception visuelle repose sur des structures innées, fonctionnelles dès la naissance. Cependant, il nécessite aussi que la fonction visuelle soit exercée, notamment au plus jeune âge : le phénotype visuel se construit donc galement grce  lexprience individuelle. La spcialisation et le fonctionnement des territoires cérébraux ne sont pas figés mais peuvent subir des remaniements,y compris chez l’adulte.
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