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Comment les informations de couleur sont-elles transmises de l'œil au cerveau ?


Les informations de couleur envoyées de l'œil au cerveau sont-elles modulées en fréquence, ou différentes couleurs sont-elles transmises par différents axones ?

Je sais que chaque cellule ganglionnaire est connectée à plusieurs photorécepteurs. Comment les cellules ganglionnaires indiquent-elles au cerveau quels photorécepteurs ont été exactement activés et de quelle couleur ?

Les cellules ganglionnaires correspondent-elles à des couleurs particulières ?

Une cellule ganglionnaire peut-elle transmettre différents signaux au cerveau ?

Comment le cerveau sait-il de quelle couleur a la lumière, si les signaux de différents récepteurs sont mélangés dans le ganglion ?


Réponse courte
La vision des couleurs est médiée par modulation du taux de pointe (modulation de fréquence si vous le souhaitez), ainsi qu'une stimulation spécifique des cellules ganglionnaires.

Fond
Il existe des cellules ganglionnaires qui transmettent les couleurs de l'adversaire. Les modèle d'opposition de couleur prédit que nous ne pouvons pas percevoir un bleu verdâtre-rouge ou jaunâtre, ce qui est tout à fait juste. On peut cependant voir des mélanges des deux canaux, comme le rouge et le jaune (orange) et le rouge et le bleu (violet).

Ensuite, le modèle de l'adversaire prédit l'existence de cellules ganglionnaires sensibles à l'opposition rouge/vert et bleu/jaune (chez les trichromates comme les humains) :

En effet, il a été montré que ces cellules ganglionnaires existent, c'est-à-dire des cellules qui augmenter leur tir en réponse à la sensibilité aux longueurs d'onde courtes (S+) et diminuent leur déclenchement à la sensibilité aux longueurs d'onde moyennes (M-) et vice versa (Yin et al., 2009). Par conséquent, ce n'est pas pour que la fréquence de la lumière soit représentée dans la cadence de tir en soi, mais les fréquences de la lumière sont traduites en taux de pointe, car la vitesse de pointe est le seul moyen par lequel les neurones peuvent transmettre des réponses graduées. En d'autres termes, tous le type d'informations graduées est finalement traduit en taux de pointe, y compris les différences de pression, l'intensité acoustique, etc.

Par conséquent, comme les cellules ganglionnaires sont sensibles aux paires de couleurs adverses, ils répondent à des couleurs particulières. Cependant, une "cellule ganglionnaire violette" n'existe pas, c'est la combinaison d'activations rouges et bleues qui nous permet de voir les couleurs dues aux processus de synthèse dans les centres neuronaux supérieurs.

Une cellule ganglionnaire peut envoyer différents signaux au cerveau car il s'agit essentiellement d'un convertisseur analogique des couleurs adverses rouge/vert et jaune/bleu.

Ces entrées sont envoyées au thalamus (noyau genouillé latéral) et plus haut cortex visuel, où des cellules sélectives en couleur captent les signaux et les intègrent pour un traitement ultérieur. Ici, les mélanges de couleurs sont faits pour présenter la gamme complète de couleurs telle que nous la connaissons :


Source: Dot-Couleur

Référence
- Yin et al. J Neurosci 2009;29:2706-24

Lectures complémentaires
- Avantage de la couleur de l'adversaire ?


Richards sur le cerveau

Voies visuelles: les neuroscientifiques font la distinction entre deux systèmes visuels. Le « What System » est situé à la jonction des lobes « occipital » et « temporel » et est impliqué dans la reconnaissance d'objets. Le « Système Où » est situé à la jonction des lobes occipital et pariétal et est impliqué dans les informations de localisation. (Goldberg, 22 ans)

Les signaux des globes oculaires sont d'abord traités dans le « cortex visuel primaire » à l'arrière du cerveau, puis divergent en deux voies visuelles : la « voie comment » dans le lobe pariétal du cerveau et la « quelle voie », liée aux souvenirs, dans les lobes temporaux. (SAM Oct/Nov07, 20) Les messages de la rétine de l'œil sont transmis le long du "nerf optique" avant de diverger en deux voies anatomiques parallèles, que nous pouvons appeler "anciennes" et "nouvelles" voies pour indiquer leur séquence évolutive. (Ramachandran, 73 ans) Le développement d'une vision normale (voies) repose sur une entrée visuelle normale. Cela dépend de l'expérience. (Eagleman, 20 ans)

Vue aveugle: (un cas où) les gens ont endommagé la partie du cerveau qui leur permet d'avoir une conscience consciente de la « vision ». (Cependant), les informations visuelles (routes) vers d'autres parties (non endommagées) de leur cerveau et ils sont capables d'agir de manière à montrer que ces informations visuelles atteignent réellement ces autres parties, même s'ils n'ont pas conscience de pouvoir voir. (CampbellVA, 101)

Nouvelle voie: l'une des deux voies par lesquelles l'information visuelle pénètre dans le cortex. Permet une analyse et une reconnaissance sophistiquées de scènes et d'objets visuels complexes. (RamachandranTTB, 63) Une autoroute neuronale qui se déplace . à un amas de cellules appelé « noyau genouillé latéral », qui est une station relais, en route vers le cortex visuel primaire. De là, les informations visuelles sont transmises à (environ) trente zones visuelles pour un traitement ultérieur. Cela conduit prétendument à une expérience consciente. (Ramachandran, 73) Nécessaire pour identifier un objet, même s'il est incapable de le localiser ou de s'y orienter. La nouvelle voie "se projette" sur le cortex visuel primaire à l'arrière du cerveau, où les caractéristiques de l'objet sont analysées pour la couleur, l'orientation des bords, le mouvement, etc. Les informations de la nouvelle voie se divisent en deux voies plus loin le long du cours de traitement visuel : la « voie comment » et la « quelle voie ». (SAM 08 déc/21 janv.)

Comment Pathway: voie (qui) va aux régions du lobe pariétal traitant de la profondeur et du mouvement, vous permettant de saisir ou d'esquiver des objets et de vous déplacer dans le monde. (Ramachandran, 110) Répond à la question) « Comment » utiliser ou interagir avec cet objet ? (SAM Dec08/Jan09, 21) Préoccupé par l'espace, le mouvement et la profondeur. Lorsqu'un œil ou un membre doit être déplacé pour sélectionner une cible parmi de nombreuses cibles, le (comment chemin) traite les signaux (visuels-spatiaux) nécessaires pour atteindre et guider l'œil, la main ou le bras (c'est-à-dire pour l'action). (Koch, 129) Également appelé « voie dorsale », « voie de vision pour l'action » et « voie 1 ».

Quelle voie: flux anatomique massif qui prend sa source dans le cortex visuel primaire, se projette dans le « V4 » et dans le cortex temporal. De là, il envoie des « neurones sensoriels » dans le « cortex préfrontal ». (Koch, 346) La majorité des trente zones visuelles sont situées dans cette voie. (Ramachandran, 77 ans) Cette voie va aux régions du lobe temporal traitant de la forme, de la couleur et de la reconnaissance d'objets. (Ramachandran, 110) Responsable de l'analyse de la forme, du contour, de la couleur, ainsi que de la détection et de la discrimination des objets. (Koch, 129) Lié à des souvenirs dans les lobes temporaux. (SAM oct/nov07, 20) Également appelé « quel système », « quel circuit », « voie ventrale » et « voie de la vision pour la perception ».

Ancienne voie: l'une des deux voies par lesquelles l'information visuelle pénètre dans le (cortex cérébral). (RamachandranTTB, 62) Impliqué dans les informations de localisation. (Goldberg, 22 ans) Commence dans les rétines, passe par une ancienne structure du « mésencéphale » appelée « colliculus supérieur », puis se projette, via le « pulvinar », vers les lobes pariétaux. Concerné par les aspects « spatiaux » de la vision : où, mais pas quoi, un objet est. Nous permet de nous orienter vers des objets et de les suivre avec nos yeux et nos têtes. Si vous endommagez cette voie chez un hamster, l'animal développe une curieuse vision en tunnel, ne voyant et ne reconnaissant que ce qui se trouve directement devant son nez. (RamachandranTTB, 62) Également appelé « chemin où », « circuit où et « système où ».

Autres références de parcours visuels:

Voie dorsale: également appelé « comment cheminement ».

Comment Circuit: également appelé le « comment chemin ».

Voie ventrale: également appelé « quelle voie ».

Vision pour le chemin d'action: également appelé le « comment chemin ».

Voie de la vision pour la perception: également appelé « quelle voie ».


Vision nocturne

Utilisations pour lentille convexe

Les cellules en bâtonnets sont utilisées dans des conditions de faible luminosité. Ils n'ont pas la capacité de détecter les couleurs mais ils sont capables de générer des signaux au cerveau lorsque la quantité de lumière visible est très faible. Comme l'explique l'école de médecine vétérinaire de Virginia Tech, lorsque la lumière frappe les bâtonnets, elle provoque la décomposition d'un composé appelé rhodopsine dans les bâtonnets. Ce changement chimique provoque un signal électrique qui est détecté par d'autres cellules à proximité qui transmettent ensuite les signaux au cerveau. Les bâtonnets ont tendance à être situés à la périphérie de l'œil, ce qui signifie que la vision nocturne fonctionne mieux avec des images vues du coin de l'œil que des objets regardés directement.

  • Les cellules en bâtonnets sont utilisées dans des conditions de faible luminosité.
  • Ils n'ont pas la capacité de détecter les couleurs mais ils sont capables de générer des signaux au cerveau lorsque la quantité de lumière visible est très faible.

ACTIVITÉS DE PLANIFICATION ET D'ENSEIGNEMENT DU LABORATOIRE

Tout d'abord, préparez les étudiants aux activités de laboratoire en leur donnant des informations de base en fonction de vos pratiques d'enseignement (par exemple, cours magistral, discussion, documents à distribuer, modèles). Parce que les élèves n'ont aucun moyen de découvrir par eux-mêmes les récepteurs sensoriels ou les voies nerveuses, ils ont besoin d'informations anatomiques et physiologiques de base. Les enseignants peuvent choisir le degré de détail et les méthodes de présentation de la vision des couleurs, en fonction du niveau scolaire et du temps disponible.

Offrir aux élèves la possibilité de créer leurs propres expériences

Bien que les étudiants aient besoin d'orientation et de pratique pour devenir de bons scientifiques de laboratoire, ils doivent également apprendre à poser et à étudier les questions qu'ils génèrent eux-mêmes. Les classes de sciences qui ne proposent que des activités guidées avec une seule « bonne » réponse n'aident pas les élèves à apprendre à formuler des questions, à penser de manière critique et à résoudre des problèmes. Parce que les étudiants sont naturellement curieux, l'intégration des enquêtes des étudiants dans la salle de classe est une étape logique après qu'ils aient acquis une certaine expérience avec un système.

La section « Essayez votre propre expérience » de cette unité (voir les guides de l'enseignant et de l'élève qui l'accompagnent) offre aux étudiants la possibilité de diriger une partie de leur propre apprentissage après qu'un système de contrôle a été établi dans « l'expérience en classe ». Parce que les étudiants sont personnellement investis dans ce type d'expérience, ils ont tendance à se souvenir à la fois des processus scientifiques et des concepts de ces laboratoires.

Utilisez "Explorer le temps" avant d'expérimenter

Pour encourager la participation des élèves à la planification et à la réalisation d'expériences, fournissez d'abord un temps d'exploration ou un temps de remue-méninges. En raison de leur curiosité, les étudiants "jouent" généralement d'abord avec les matériaux de laboratoire, même dans un laboratoire plus traditionnel, donc tirer parti de ce comportement naturel est généralement une réussite. Le temps d'exploration peut avoir lieu avant l'expérience en classe ou avant l'activité « Essayez votre propre expérience », selon la nature des concepts à l'étude.

Explorer avant l'expérience en classe

Pour utiliser le temps d'exploration avant l'expérience en classe, placez les fournitures de laboratoire sur un banc avant de donner des instructions pour l'expérience. Demandez aux élèves comment ce matériel, ainsi que les informations qu'ils ont tirées du cours et de la discussion, pourraient être utilisés pour étudier la vision des couleurs. Donnez quelques précautions de sécurité de base, puis offrez environ 10 minutes pour étudier les matériaux. Circuler parmi les élèves pour répondre aux questions et encourager les questions. Une fois que les élèves ont acquis un intérêt pour le matériel et le sujet, dirigez la classe vers l'expérience en classe avec la démonstration de l'enseignant et aidez-les à formuler la question de laboratoire. Attendez jusqu'à ce point pour distribuer le guide de l'étudiant et les feuilles de travail, afin que les étudiants aient la chance de penser de manière créative. (Voir les guides d'accompagnement.)


Qu'est-ce que le parcours visuel ? (Avec des photos)

La voie visuelle est le réseau de nerfs qui transporte la lumière frappant les yeux dans le cerveau sous forme d'informations chimiques et électriques. Le nerf optique transporte des signaux indiquant la couleur, la luminosité et le mouvement de la rétine à un centre relais dans le mésencéphale appelé thalamus. De là, les neurones atteignent le cortex visuel du lobe occipital du cerveau, qui assemble une carte neuronale ou un graphique des champs visuels des deux yeux. La tâche principale de la voie visuelle consistant à convertir les informations lumineuses en une image du monde extérieur est modérée par les neurones du cortex visuel.

Dans l'œil, la voie visuelle commence lorsque la lumière traverse la cornée, la pupille et le cristallin, où elle est inversée et projetée sur la rétine. Des cellules spécialisées, appelées photorécepteurs, constituent la rétine. Il existe deux types de cellules photoréceptrices dans la rétine des mammifères : les cellules en bâtonnets, qui détectent l'intensité relative de la lumière et fonctionnent mieux dans l'obscurité et les cônes, qui sont sensibles à la couleur. Lorsque la lumière frappe l'une ou l'autre de ces variétés de cellules, elles subissent une réaction chimique entraînant des signaux vers les cellules bipolaires directement derrière elles.

De la rétine, l'information visuelle passe aux cellules bipolaires puis aux cellules ganglionnaires du nerf optique. Le nerf optique, qui commence à la rétine, est la seule voie visuelle vers le cerveau. L'information lumineuse est transmise sous forme de potentiel d'action électrique à travers les neurones. Ces nerfs représentent la longueur d'onde de la lumière comme sa couleur et son intensité comme sa luminosité, en utilisant un type spécial de code pour transmettre cette information au cerveau.

Les deux faisceaux du nerf optique - un de chaque œil - se croisent avant d'entrer dans le cerveau. Les voies visuelles droite et gauche provenant des yeux passent respectivement aux hémisphères gauche et droit du cerveau. Un petit faisceau de neurones suit une voie visuelle distincte pour transmettre des informations sur la lumière et l'obscurité aux régions neurales qui régulent le rythme circadien du corps, y compris les habitudes de sommeil et d'éveil. La majorité des nerfs de la voie visuelle se dirigent vers le thalamus dans le mésencéphale, où toutes les informations visuelles sont triées puis transmises au cortex cérébral.

Le cortex visuel est une très grande région du cerveau, occupant une grande partie du lobe occipital. Ici, de nombreux neurones sont hautement spécialisés pour signaler uniquement lorsqu'un objet est vu avec une couleur, un angle ou un emplacement spécifique dans le champ visuel des yeux. L'ensemble du champ des deux yeux est représenté dans le cortex sous la forme d'une grande carte composée de ces cellules spécialisées disposées ensemble, où les informations véhiculées par la voie visuelle sont triées et organisées. La reconnaissance d'objets et les nombreux aspects complexes de la perception visuelle consciente sont largement distribués dans le cerveau.


MIT Research - Traitement cérébral de l'information visuelle

CAMBRIDGE, Mass.--Les scientifiques du Massachusetts Institute of
La technologie a découvert qu'une zone du cerveau pensait auparavant
ne traiter que des informations visuelles simples s'attaque aussi aux images complexes
comme les illusions d'optique.

La recherche, menée avec des animaux, fournit également des preuves que
les zones simples et plus complexes du cerveau impliquées dans
différents aspects de la vision fonctionnent en coopération, plutôt que dans un cadre rigide
hiérarchie, comme les scientifiques l'ont cru jusqu'à présent.

"Parce que la moitié du cerveau humain est consacrée directement ou indirectement
à la vision, comprendre le processus de la vision fournit des indices
comprendre les opérations fondamentales du cerveau », a déclaré le professeur
Mriganka Sur du Département des sciences du cerveau et des sciences cognitives du MIT. Les
recherche, qui paraîtra dans le numéro du 20 décembre de la revue
Science, a été menée par le professeur Sur, étudiant diplômé Bhavin R.
Sheth, et les boursiers postdoctoraux Jitendra Sharma et S. Chenchal Rao, tous
du même département.

"Nous avons découvert que même des parties supposées simples du cerveau sont
faire un traitement complexe et sophistiqué de choses telles que le visuel
illusions", a déclaré M. Sheth. "En connaissant les différentes parties du cerveau
faire, nous pouvons faire des prédictions sur la façon dont le cerveau fonctionnera si des parties
il faut l'enlever ou s'il y a une sorte de traumatisme."

M. Sheth compare la vision à un orchestre, où des grappes de cellules
dans différentes parties du cerveau coopèrent pour traiter différents
composants d'informations visuelles telles que verticales ou horizontales
orientation, couleur, taille, forme, mouvement et distinctions entre
objets superposés.

La recherche du MIT s'est concentrée sur une zone du cortex cérébral - le
couche externe de matière grise qui enveloppe tout le cerveau, appelée
cortex visuel primaire, également connu sous le nom de V1 et zone 17 du cerveau. Dans
humains, cette zone mesure environ cinq centimètres de diamètre, soit la taille de quatre
timbres-poste - et quelques millimètres de profondeur des deux côtés de l'arrière
de la tête, juste en dessous de la couronne.

La zone V1 est le premier point d'entrée dans le cortex cérébral de
informations visuelles de la rétine de l'œil. V1 a jusqu'à présent été pensé pour
n'intervenir que dans le traitement d'orientations spatiales très simples, telles que
si un objet est placé verticalement ou horizontalement, mais pas si
cet objet est un crayon ou un doigt.

Utilisation de techniques d'imagerie optique pour enregistrer les réponses visuelles chez les chats
au cours des deux dernières années et demie, les chercheurs ont découvert que V1 peut
également traiter les illusions d'optique et autres images complexes. Les chercheurs
dit que la même chose est susceptible d'être vraie dans la zone V1 du cerveau humain.

Par exemple, si une personne prend une feuille de cahier avec
lignes horizontales et place une feuille identique aussi près que possible de
à droite et légèrement plus bas, les lignes sur les deux pages ne
connecter en ligne droite continue. Pourtant, le traitement visuel du cerveau
système essaiera de remplir l'espace entre les deux ensembles de lignes réelles en
créant une illusion d'optique connue sous le nom de contour subjectif.

Les contours subjectifs sont des fonctions visuelles de niveau supérieur qui impliquent
le cerveau comprend le contexte et la relation des images,
pas seulement le placement statique d'un ensemble de lignes à côté d'un autre.
Un autre exemple est un téléphone : un combiné peut masquer une partie du téléphone
base en dessous, mais les processus visuels du cerveau verront à la fois le
combiné et toute la base du téléphone comme deux objets distincts qui appartiennent
ensemble.

« Nous commençons tout juste à comprendre les mécanismes cérébraux qui
sous-tendent des processus cognitifs complexes dans la vision », le professeur Sur
expliqué. « Notre travail est la première et la plus importante étape pour montrer
ce droit dans les premiers stades du cortex visuel, où
l'entrée pénètre d'abord dans le cerveau, il y a des groupes de cellules qui se décomposent
ces stimuli et y répondre. Cela laisse ouverte la question de savoir comment
les zones du cortex visuel d'ordre supérieur traitent davantage ces types de
stimuli."

La découverte du traitement subjectif complexe des contours dans le V1
domaine est renforcé par des travaux antérieurs dans le laboratoire du professeur Sur avec
Louis Toth, un ancien étudiant diplômé du MIT (MIT PhD '95) dirige maintenant
recherche sur le cerveau à la Harvard Medical School.

Dans un article publié en septembre 1996 dans les Actes du National
Academy of Sciences, le professeur Sur, le Dr Toth et ses collègues ont rapporté
que V1 pourrait aussi être le lieu de "remplissage", une autre fonction
traditionnellement considéré comme de haut niveau. Le "remplissage", c'est quand le cerveau
compense un manque d'information dans une zone du champ visuel en
faire une supposition éclairée à partir d'informations ailleurs dans le champ visuel.
Cela explique pourquoi les patients présentant de petites lésions ne voient pas de points noirs, et
pourquoi vous n'êtes pas conscient de votre "angle mort".

Les connaissances acquises dans les deux expériences peuvent être appliquées à d'autres
zones et fonctions du cerveau, a déclaré le Dr Toth. Par exemple, le Dr V.S.
Ramachandran de l'Université de Californie à San Diego, qui a également
étudié les phénomènes de "remplissage" en vision, s'intéresse à la manière dont
un câblage similaire de la partie du cerveau qui détecte le toucher peut expliquer
pourquoi les amputés perçoivent des "membres fantômes".

« La façon dont le cortex visuel est « câblé » est similaire à la façon dont le
le reste du cortex cérébral est « câblé », a déclaré le Dr Toth.

Le professeur Sur a dit qu'il s'agissait d'un concept très important dans
comprendre le cerveau, car d'un simple point de vue anatomique ou structurel
étude du cerveau, différentes zones du cortex sont remarquablement
similaire. Ce qui distingue les différentes zones du cortex, ce sont les entrées
qu'ils obtiennent et comment ces intrants sont traités et ensuite
différentes régions.

"Donc, si l'on sait qu'une zone du cerveau avec sa connexion et
les circuits font un certain genre de chose, on voit immédiatement le
possibilité que toutes les zones du cerveau puissent faire des choses similaires à leurs
contributions respectives", a déclaré le professeur Sur. "C'est une idée très puissante."


Comment les informations de couleur sont-elles transmises de l'œil au cerveau ? - La biologie

Structure de l'oeil humain

L'illustration schématique suivante montre l'œil humain et comment les images se forment sur la rétine.

Notez que les images sont à l'envers (inversées).

Une question importante à considérer : le cerveau humain est-il pré-câblé pour retourner l'image inversée (afin que nous voyions les choses non inversées) ou le cerveau apprend-il à inverser les images ?

Kohler I, Expériences avec des lunettes, Scientifique américain Mai 1962

Dessin de rétine de Hubel DH Eyeil, cerveau et vision Bibliothèque scientifique américaine p.38

Regardez à travers un réseau de diffraction les lignes colorées ci-dessous. La ligne « blanche » est en fait composée de trois couleurs : rouge, vert et bleu. Selon votre écran d'ordinateur, chacune des couleurs primaires peut, à son tour, être composée d'autres couleurs. Sur mon moniteur, le rouge est composé à la fois de rouge et d'un peu d'orange.

Lorsque des couleurs opposées, telles que le jaune et le bleu, sont additionnées, elles se combinent pour former du blanc. De même, si le jaune est supprimé du blanc, la couleur résultante est le bleu. Dans une image rémanente, l'exposition persistante à une couleur donnée provoque la "fatigue" de la rétine de cette couleur. La rétine supprime ensuite cette couleur. Lorsque le stimulus de couleur est supprimé et que l'œil est exposé à la lumière blanche, la couleur complémentaire est perçue pendant une brève période de temps.

Éloignez la souris de l'image et regardez le point central. Continuez à regarder le point central et déplacez la souris sur l'image.

Ajustez le contraste dans l'illusion Lilac Chaser à environ 20 à 30 %. Fixer sur la croix centrale. Les taches magenta disparaîtront lentement, mais l'image rémanente verte persistera.

Concentrez-vous intensément sur cette vidéo pendant environ 5 minutes. Contrairement à l'effet d'image rémanente, vous n'avez pas besoin de vous concentrer sur un emplacement spécifique. Cependant, vous voudrez peut-être regarder le centre du film pour le meilleur effet.

Une fois que vous avez terminé avec le film, regardez les modèles ci-dessous. Le motif du haut doit présenter de faibles nuances de vert et de rouge, tandis que le motif du bas doit présenter de faibles nuances de bleu et de jaune.

Contrairement aux images rémanentes, l'ombrage des couleurs devrait durer de quelques minutes à plusieurs heures. Chez certaines personnes, l'effet persistera pendant quelques jours.

Le site ci-dessous a une belle animation informatique qui fonctionne un peu mieux que mon film, mais n'encode que les rayures rouges et vertes. http://lite.bu.edu/vision/applets/Color/McCollough/McCollough.html

Pour plus d'informations sur l'effet McCollough, voir McCollough C, Adaptation des couleurs des détecteurs de bord dans le système visuel humain , Science 149 pp.1115-1116 (1965)

O'Brien V, Contraste par rehaussement de contour, Journal américain de psychologie 72 pp.299-300 (1959)

L'illusion Cornsweet peut être rencontrée dans les radiographies médicales. La tache blanche dans la poitrine de cet homme semble très menaçante à première vue.

Cette image a été causée par un pli de peau (ce qui n'est pas rare chez les hommes âgés). Couvrir le bord du blob révèle qu'il n'y a, en fait, aucun blob du tout.

Une illusion connexe est l'effet aquarelle : la région entre les cadres carrés semble avoir une couleur pâle, mais est en réalité blanche.

Alors, pourquoi y a-t-il une illusion Cornsweet?

Extrait de Pourquoi nous voyons ce que nous faisons Purves D, Lotto RB, Nundy S American Scientist 90(3):236-243 (2002)

Couleurs Fechner et codage neuronal de la couleur

La roue de Benham (également connue sous le nom de sommet de Benham et disque de Benham) est un disque noir et blanc qui montre des motifs colorés lorsqu'il est tourné à une vitesse d'environ 4 tours par seconde.

Notez que les couleurs apparaîtront toujours sur un écran d'ordinateur en noir et blanc.

Il est également possible de faire une vidéo du disque en rotation à l'aide d'une caméra vidéo noir et blanc, et de la montrer sur un téléviseur noir et blanc : les couleurs seront toujours visibles.

Alors, pourquoi y a-t-il des motifs colorés ?

Constance des couleurs et théorie du Retinex de Land

En essayant de perfectionner la photographie couleur instantanée, Edwin Land a fait une découverte remarquable. Il a d'abord travaillé avec trois images monochromes (noir et blanc), chacune représentant les parties rouge, verte et bleue d'une image en une seule couleur. Chaque image serait exposée avec un filtre de couleur approprié devant la caméra (rouge, vert ou bleu). Chaque diapositive monochrome a été développée, puis chacune a été placée dans un projecteur avec le filtre de couleur approprié devant le projecteur. L'image résultante était composée de trois couleurs de la même manière que les téléviseurs couleur et les écrans d'ordinateur affichent la couleur.

Un jour, quelqu'un a fait tomber le filtre vert du projecteur vert avec pour résultat que l'image "verte" était maintenant projetée sous forme de lumière blanche. À la surprise de Land, il n'y avait presque aucun changement dans l'image résultante. Land a poursuivi ses expériences et a découvert qu'il pouvait éteindre le projecteur bleu et voir toujours une image presque complètement normale. Puisque l'image était maintenant formée uniquement de lumière blanche et rouge, Land aurait pu s'attendre à ne voir que des nuances de rose. Au lieu de cela, il a vu une image en couleur.

L'image ci-dessous est composée de deux images entrelacées différentes. Les lignes de balayage impaires sont toutes des nuances de rouge : elles représentent fidèlement la composante « rouge » de l'image. Les lignes de balayage paires sont toutes des nuances de gris : elles sont formées en prenant la composante "verte" de l'image et en convertissant le vert en blanc. La combinaison qui en résulte n'est pas aussi vive que la démonstration originale de Land, mais elle montre plus que des nuances de rose.

L'image ci-dessous est réalisée à l'aide d'un damier avec une alternance de carrés rouge-gris (un peu comme un vrai damier). Les carrés rouges affichent la composante rouge de l'image couleur. Les carrés gris sont créés en changeant la composante verte de l'image en gris.

Cette image est mieux visualisée dans une pièce sombre avec la luminosité du moniteur augmentée.

La constance des couleurs représente une grande partie de la couleur dans les images ci-dessus. La constance des couleurs se rapporte à notre capacité à voir la "vraie" couleur d'un objet quelle que soit la couleur de la lumière qui l'éclaire. Par exemple, une banane jaune éclairée par une lumière bleue a toujours l'air jaune, même si la "couleur" de la banane éclairée est verte.

Voir la démonstration sur http://lite.bu.edu/vision/applets/Color/Land/Land.html et réglez la "Red Component value" à environ 50. La banane étrange sur la droite semble verte, mais la même banane sur la gauche est jaune.Cliquez sur le bouton "Masque" pour montrer qu'ils sont de la même couleur.

La relation entre la constance des couleurs et l'effet Land rouge-blanc est que l'œil soustrait le niveau de lumière rouge constant de l'image couleur, et le blanc moins le rouge est égal au vert. En mélangeant le rouge, le blanc, le noir et le vert, l'œil peut construire une richesse de couleurs.

Regardez attentivement les rayures qui forment les carrés colorés dans l'image ci-dessous.

Tous les carrés sont de la même couleur (gris).

Blanc M Un nouvel effet sur la légèreté perçue la perception 8 p. 413-416 (1979)

Dans la grille Hermann classique, des taches peuvent être observées aux intersections du réseau, sauf lorsque vous vous concentrez directement sur une intersection.

Janos Geier a étudié les variations sur la grille d'Hermann.

L'image ci-dessus (et celle sur le lien ci-dessous) est difficile à reconnaître à moins que vous ne puissiez voir le motif d'occlusion environnant.

Regardez attentivement l'image ci-dessous. Les quatre cercles de gauche semblent sombres, tandis que les quatre cercles de droite sont brillants.

Si vous regardez attentivement, vous verrez que les cercles sont identiques.

Une version animée de cette illusion se trouve sur http://www-psych.stanford.edu/

Pour plus d'informations, lisez Anderson BL, Winawer J Segmentation de l'image et perception de la luminosité La nature 434 79-83 (2005)

Pour plus d'informations sur les angles morts, lisez Ramachandran VS, Gregory RL Remplissage perceptif de scotomes induits artificiellement dans la vision humaine La nature 350 pages 699-702 (1991)

Le mouvement peut causer la « cécité ». Regardez l'image ci-dessous en utilisant des lunettes rouge-bleu (ou rouge-vert). Regardez fixement le sourire de Mona Lisa. Alors que les cercles colorés tourbillonnent, son visage disparaît ne laissant que son sourire (et un peu de son nez).

Cette illusion est inspirée de l'illusion du chat Cheshire de l'Exploratorium.

Dans cette illusion, le mouvement fait disparaître brusquement les points jaunes.

Michael Bach a une version de cette démonstration qui vous permet d'ajuster les couleurs.

Le mouvement peut également vous rendre aveugle à d'autres changements visuels.

Pour plus d'informations sur la cécité induite par le mouvement, voir Bonneh YS, Cooperman A, Sagi D, Cécité induite par le mouvement chez les observateurs normaux La nature 411 p. 798-801 (2001)

Nous avons également un "angle mort" temporel. Essayez de regarder vos yeux dans un miroir. Regardez d'abord l'œil gauche puis l'œil droit : voyez-vous bouger vos yeux ? Lorsque vos yeux bougent, votre cerveau arrête temporairement de traiter les informations visuelles afin que vous ne perceviez rien pendant un court instant. Votre cerveau comble cette petite lacune pour que vous ne vous en rendiez jamais compte.

Une illusion plus dramatique montrant comment votre cerveau traite les informations temporelles est montrée dans l'effet flash-lag.

(l'explication est de Gregory RL Illusions visuelles, Scientifique américain novembre 1968)

Le cube de Necker a été découvert au milieu du 19ème siècle par le cristallographe suisse Louis Albert Necker alors qu'il préparait des dessins techniques de cristaux.

Anaglyphes et figures impossibles

Le triangle impossible. Chaque pièce est logiquement cohérente, mais l'ensemble de la figure est impossible à construire.

Voici une image informatique 3-D du triangle impossible.

Au centre du village belge d'Ophoven se trouve une sculpture représentant un triangle impossible.

Une copie de la lithographie de M. C. Escher ascendant et descendant (1960)

Andrew S. Lipson a créé une sculpture de ascendant et descendant en utilisant des legos.

Il a également créé une version lego de la cascade d'Escher

et "McWholles" a créé une vidéo d'une cascade d'Escher en fonctionnement qui peut être vue ici.

L'image ci-dessous a été publiée sur de nombreux sites Internet différents par quelqu'un qui avait trop de temps libre pour jouer avec Photoshop

Un anaglyphe montrant l'Empire State Building de http://www.jessemazer.com/3Dphotos.html

Copyright 1994 par Jeffrey L. Cooper

Un anaglyphe montrant la surface de la planète Mars de http://www.3dglasses.net/3dgallery/3Dmarsglry2.html

Des liens vers d'autres images d'anaglyphes sont disponibles sur http://www.anachrome.com/wadir.htm

La figure ci-dessous montre plusieurs courbes 3D. Lorsqu'elles sont vues séparément, ces courbes se confondent mais lorsqu'elles sont vues à travers des lunettes rouge-bleu (ou rouge-vert), les courbes 3D se séparent clairement en objets distincts. (Ceci est un modèle de test pour certaines recherches en imagerie médicale 3D que je fais.)

Un anaglyphe d'un triangle impossible.

    Image, objet et illusion : lectures de Scientific American avec les introductions de Richard Held. W.H. Freeman (1974)


Comment les informations de couleur sont-elles transmises de l'œil au cerveau ? - La biologie

La vision stéréoscopique humaine des couleurs est un processus très complexe qui n'est pas complètement compris, malgré des centaines d'années d'études et de modélisation intenses. La vision implique l'interaction presque simultanée des deux yeux et du cerveau à travers un réseau de neurones, de récepteurs et d'autres cellules spécialisées. Les premières étapes de ce processus sensoriel sont la stimulation des récepteurs lumineux dans les yeux, la conversion des stimuli lumineux ou des images en signaux et la transmission de signaux électriques contenant les informations visuelles de chaque œil au cerveau via les nerfs optiques. Ces informations sont traitées en plusieurs étapes, atteignant finalement les cortex visuels du cerveau.

L'œil humain est équipé d'une variété de composants optiques, notamment la cornée, l'iris, la pupille, les humeurs aqueuse et vitrée, une lentille à focale variable et la rétine (comme illustré à la figure 1). Ensemble, ces éléments forment des images des objets qui tombent dans le champ de vision de chaque œil. Lorsqu'un objet est observé, il est d'abord focalisé à travers la cornée convexe et les éléments de la lentille, formant une image inversée à la surface de la rétine, une membrane multicouche qui contient des millions de cellules sensibles à la lumière. Pour atteindre la rétine, les rayons lumineux focalisés par la cornée doivent traverser successivement l'humeur aqueuse (dans la chambre antérieure), le cristallin, le corps vitré gélatineux et les couches vasculaires et neuronales de la rétine avant d'atteindre la couche externe photosensible. segments du cône et des bâtonnets. Ces cellules photosensorielles détectent l'image et la traduisent en une série de signaux électriques à transmettre au cerveau.

Malgré certaines idées fausses dues au large éventail de terminologies utilisées pour décrire l'anatomie de l'œil, c'est la cornée, et non le cristallin, qui est responsable de la majeure partie du pouvoir réfractif total de l'œil. Étant lisse et claire comme le verre, mais aussi flexible et durable que le plastique, la partie antérieure, fortement incurvée et transparente de la paroi extérieure du globe oculaire permet aux rayons lumineux formant l'image de passer à l'intérieur. La cornée protège également l'œil en fournissant une barrière physique qui protège l'intérieur de l'œil des micro-organismes, de la poussière, des fibres, des produits chimiques et d'autres matériaux nocifs. Bien que beaucoup plus mince en largeur que le cristallin, la cornée fournit environ 65 pour cent de la puissance de réfraction de l'œil. La plus grande partie de la puissance de courbure de la lumière réside près du centre de la cornée, qui est plus arrondie et plus fine que les parties périphériques du tissu.

En tant que fenêtre qui contrôle l'entrée de la lumière dans l'œil, la cornée (Figure 2) est essentielle à une bonne vision et agit également comme un filtre de lumière ultraviolette. La cornée élimine certaines des longueurs d'onde ultraviolettes les plus dommageables présentes dans la lumière du soleil, protégeant ainsi davantage la rétine et le cristallin hautement sensibles des dommages. Si la cornée est trop courbée, comme dans le cas de la myopie, les objets distants apparaîtront comme des images floues, en raison d'une réfraction imparfaite de la lumière vers la rétine. Dans une condition connue sous le nom d'astigmatisme, les imperfections ou les irrégularités de la cornée entraînent une réfraction inégale, ce qui crée une distorsion des images projetées sur la rétine.

Contrairement à la plupart des tissus du corps, la cornée ne contient pas de vaisseaux sanguins pour se nourrir ou pour la protéger contre les infections. Même les plus petits capillaires interféreraient avec le processus de réfraction précis. La cornée se nourrit des larmes et de l'humeur aqueuse, qui remplit les chambres derrière la structure. La couche épithéliale externe de la cornée est remplie de milliers de petites terminaisons nerveuses, ce qui rend la cornée extrêmement sensible à la douleur lorsqu'elle est frottée ou grattée. Constituant environ 10 pour cent de l'épaisseur du tissu, la couche épithéliale de la cornée empêche les corps étrangers de pénétrer dans l'œil tout en offrant une surface lisse pour l'absorption d'oxygène et de nutriments. La couche centrale de la cornée, connue sous le nom de stroma, comprend environ 90 % du tissu et se compose d'un réseau de protéines fibreuses saturées d'eau qui fournit force, élasticité et forme pour soutenir l'épithélium. Des cellules nourrissantes complètent le reste de la couche de stroma. Étant donné que le stroma a tendance à absorber l'eau, la tâche principale du tissu endothélial est de pomper l'excès d'eau du stroma. Sans cette action de pompage, le stroma se gonflerait d'eau, deviendrait trouble et finirait par rendre la cornée opaque, rendant l'œil aveugle.

La perte partielle ou totale de transparence du cristallin, ou de sa capsule, entraîne une affection courante connue sous le nom de cataracte. Les cataractes sont la principale cause de cécité dans le monde et représentent une cause importante de déficience visuelle aux États-Unis. Le développement de la cataracte chez l'adulte est lié au vieillissement normal, à l'exposition au soleil, au tabagisme, à une mauvaise alimentation, aux traumatismes oculaires, aux maladies systémiques telles que le diabète et le glaucome, et aux effets secondaires indésirables de certains produits pharmaceutiques, y compris les stéroïdes. Au début, une personne souffrant de cataracte perçoit le monde comme flou ou flou. Une vision claire est empêchée par une réduction de la quantité de lumière qui atteint la rétine et par l'obscurcissement de l'image (par diffraction et diffusion de la lumière) comme si l'individu observait l'environnement à travers un brouillard ou une brume (voir Figure 3). Le retrait de la lentille opaque pendant la chirurgie de la cataracte, avec remplacement ultérieur par une lentille en plastique (implants de lentille intraoculaire), entraîne souvent une vision corrigée pour des conditions non liées telles que la myopie ou l'hypermétropie.

La fonction de la rétine est similaire à la combinaison d'un capteur d'image numérique (tel qu'un dispositif à couplage de charge (CCD)) avec un convertisseur analogique-numérique, tel qu'il est présenté dans les systèmes d'appareils photo numériques modernes. Les récepteurs de capture d'images des yeux, appelés bâtonnets et cônes, sont connectés aux fibres du faisceau nerveux optique par l'intermédiaire d'une série de cellules spécialisées qui coordonnent la transmission des signaux au cerveau. La quantité de lumière autorisée à entrer dans chaque œil est contrôlée par l'iris , un diaphragme circulaire qui s'ouvre largement à des niveaux de lumière faibles et se ferme pour protéger la pupille (l'ouverture) et la rétine à des niveaux d'éclairage très élevés.

Au fur et à mesure que l'éclairage change, le diamètre de la pupille (positionnée devant le cristallin) varie par réflexe entre une taille d'environ 2 à 8 millimètres, modulant la quantité de lumière qui atteint la rétine. Lorsque l'éclairage est très brillant, la pupille se rétrécit et les parties périphériques des éléments réfractiles sont exclues du chemin optique. Le résultat est que moins d'aberrations sont rencontrées par les rayons lumineux de formation d'images, et l'image sur la rétine devient plus nette. Une pupille très étroite (environ 2 millimètres) produit des artefacts de diffraction qui diffusent l'image d'une source ponctuelle sur la rétine.

Dans le cerveau, les fibres neurales des nerfs optiques de chaque œil se croisent au niveau du chiasma optique où les informations visuelles des deux rétines voyageant dans des voies parallèles sont corrélées, un peu comme la fonction d'un générateur de correction de base de temps dans un magnétoscope numérique.De là, l'information visuelle voyage à travers le tractus optique jusqu'aux noyaux genouillés latéraux en forme de genou dans le thalamus, où les signaux sont distribués via les rayonnements optiques aux deux cortex visuels situés sur la partie arrière inférieure de chaque moitié du cerveau. Dans les couches inférieures du cortex, les informations de chaque œil sont conservées sous forme de bandes de dominance oculaire colonnaires . Lorsque les signaux visuels sont transmis aux couches supérieures du cortex, les informations des deux yeux sont fusionnées et une vision binoculaire est formée. Dans des conditions ophtalmiques anormales telles que les phories (désalignements) des yeux, y compris le strabisme (mieux connu sous le nom de yeux croisés), la stéréovision est perturbée, tout comme les repères et la perception de la profondeur de l'individu. Dans les cas où la chirurgie ophtalmique n'est pas justifiée, des verres prismatiques montés dans des lunettes peuvent corriger certaines de ces anomalies. Les causes d'interruption de la fusion binoculaire peuvent être un traumatisme crânien ou à la naissance, une maladie neuromusculaire ou des malformations congénitales.

La fovéa centrale est située dans une zone proche du centre de la rétine et positionnée directement le long de l'axe optique de chaque œil. Connue aussi sous le nom de « point jaune », la fovéa est petite (moins de 1 millimètre carré), mais très spécialisée. Ces zones contiennent exclusivement des cellules coniques à haute densité et très compactes (plus de 200 000 cônes par millimètre carré chez l'homme adulte, voir Figure 4). La fovéa centrale est la zone de vision la plus nette et produit la résolution maximale de l'espace (résolution spatiale), du contraste et de la couleur. Chaque œil est peuplé d'environ sept millions de cellules coniques, très minces (3 micromètres de diamètre) et allongées. La densité des cellules coniques diminue à l'extérieur de la fovéa au fur et à mesure que le rapport entre les cellules en bâtonnets et les cellules en cônes augmente (Figure 4). À la périphérie de la rétine, le nombre total des deux types de récepteurs lumineux diminue considérablement, provoquant une perte dramatique de la sensibilité visuelle aux frontières rétiniennes. Ceci est compensé par le fait que les humains scannent constamment les objets dans le champ de vision (en raison de mouvements oculaires rapides involontaires), ce qui donne une image perçue uniformément nette. En effet, lorsque l'image est bloquée par rapport à la rétine (via un dispositif de fixation optique), l'œil ne capte plus d'image au bout de quelques secondes.

La disposition des récepteurs sensoriels dans les segments externes de la rétine détermine en partie la limite de résolution dans différentes régions de l'œil. Afin de résoudre une image, une rangée de photorécepteurs moins stimulés doit être interposée entre deux rangées de photorécepteurs fortement stimulés. Sinon, il est impossible de distinguer si la stimulation provient de deux images rapprochées ou d'une seule image qui s'étend sur les deux rangées de récepteurs. Avec un espacement de centre à centre compris entre 1,5 et 2 micromètres pour les cônes de la fovéa centrale, les stimuli optiques ayant une séparation d'environ 3 à 4 micromètres devraient produire un ensemble d'intensités résolubles sur la rétine. Pour référence, le rayon du premier minimum pour un motif de diffraction formé sur la rétine est d'environ 4,6 micromètres avec une lumière de 550 nanomètres et un diamètre de pupille de 2 millimètres. Ainsi, la disposition des éléments sensoriels dans la rétine déterminera la résolution limite de l'œil. Un autre facteur, appelé acuité visuelle (la capacité de l'œil à détecter de petits objets et à résoudre leur séparation), varie avec de nombreux paramètres, y compris la définition du terme et la méthode par laquelle l'acuité est mesurée. Au-dessus de la rétine, l'acuité visuelle est généralement la plus élevée dans la fovéa centrale, qui couvre un champ visuel d'environ 1,4 degrés.

La disposition spatiale des cellules en bâtonnets et en cônes et leur connexion aux neurones de la rétine est présentée à la figure 5. Les cellules en bâtonnets, ne contenant que le photopigment rhodopsine, ont une sensibilité maximale à la lumière bleu-vert (longueur d'onde d'environ 500 nanomètres), bien qu'elles afficher une large gamme de réponse dans tout le spectre visible. Ce sont les cellules réceptrices visuelles les plus courantes, chaque œil contenant environ 125 à 130 millions de bâtonnets. La sensibilité à la lumière des cellules en bâtonnets est environ 1 000 fois supérieure à celle des cellules en cônes. Cependant, les images générées par la stimulation par tige seule sont relativement floues et confinées à des nuances de gris, similaires à celles trouvées dans une image photographique en noir et blanc à mise au point douce. La vision en bâtonnets est communément appelée vision scotopique ou vision crépusculaire car dans des conditions de faible luminosité, les formes et la luminosité relative des objets peuvent être distinguées, mais pas leurs couleurs. Ce mécanisme d'adaptation à l'obscurité permet la détection de proies et de prédateurs potentiels via la forme et le mouvement d'un large éventail de vertébrés.

La réponse du système visuel humain est logarithmique et non linéaire, ce qui permet de percevoir une plage de luminosité incroyable (plage dynamique interscène) de plus de 10 décennies. En plein jour, les humains peuvent visualiser des objets dans la lumière éblouissante du soleil, tandis que la nuit, les gros objets peuvent être détectés à la lumière des étoiles lorsque la lune est sombre. Au seuil de sensibilité, l'œil humain peut détecter la présence d'environ 100 à 150 photons de lumière bleu-vert (500 nanomètres) entrant dans la pupille. Pour les sept décennies supérieures de luminosité, la vision photopique prédomine, et ce sont les cônes rétiniens qui sont principalement responsables de la photoréception. En revanche, les quatre décennies inférieures de luminosité, appelées vision scotopique, sont contrôlées par les cellules en bâtonnets.

L'adaptation de l'œil permet à la vision de fonctionner sous de tels extrêmes de luminosité. Cependant, pendant l'intervalle de temps avant que l'adaptation ne se produise, les individus peuvent ressentir une plage de luminosité couvrant seulement environ trois décennies. Plusieurs mécanismes sont responsables de la capacité de l'œil à s'adapter à une gamme élevée de niveaux de luminosité. L'adaptation peut se produire en quelques secondes (par la réaction pupillaire initiale) ou peut prendre plusieurs minutes (pour l'adaptation à l'obscurité), selon le niveau de changement de luminosité. La pleine sensibilité du cône est atteinte en environ 5 minutes, alors qu'il faut environ 30 minutes pour passer d'une sensibilité photopique modérée à la pleine sensibilité scoptique produite par les cellules bâtonnets.

Lorsqu'il est entièrement adapté à la lumière, l'œil humain présente une réponse en longueur d'onde d'environ 400 à 700 nanomètres, avec une sensibilité maximale à 555 nanomètres (dans la région verte du spectre de la lumière visible). L'œil adapté à l'obscurité répond à une gamme inférieure de longueurs d'onde entre 380 et 650 nanomètres, le pic se produisant à 507 nanomètres. Pour la vision photopique comme pour la vision scope, ces longueurs d'onde ne sont pas absolues, mais varient avec l'intensité de la lumière. La transmission de la lumière à travers l'œil diminue progressivement à des longueurs d'onde plus courtes. Dans la région bleu-vert (500 nanomètres), seulement environ 50 pour cent de la lumière entrant dans l'œil atteint le point d'image sur la rétine. À 400 nanomètres, cette valeur est réduite à 10 % à peine, même chez un jeune œil. La diffusion et l'absorption de la lumière par les éléments du cristallin contribuent à une perte supplémentaire de sensibilité dans le bleu lointain.

Les cônes sont constitués de trois types de cellules, chacune "réglée" sur un maximum de réponse de longueur d'onde distinct centré à 430, 535 ou 590 nanomètres. La base des maxima individuels est l'utilisation de trois photopigments différents, chacun avec un spectre d'absorption de lumière visible caractéristique. Les photopigments modifient leur conformation lorsqu'un photon est détecté, leur permettant de réagir avec la transducine pour initier une cascade d'événements visuels. La transducine est une protéine qui réside dans la rétine et est capable de convertir efficacement l'énergie lumineuse en un signal électrique. La population de cellules coniques est beaucoup plus petite que celle des cellules bâtonnets, chaque œil contenant entre 5 et 7 millions de ces récepteurs de couleur. La vraie vision des couleurs est induite par la stimulation des cellules coniques. L'intensité relative et la distribution de longueur d'onde de la lumière ayant un impact sur chacun des trois types de récepteurs coniques déterminent la couleur qui est imagée (sous forme de mosaïque), d'une manière comparable à un moniteur vidéo RVB additif ou à une caméra couleur CCD.

Un faisceau de lumière qui contient principalement un rayonnement bleu à courte longueur d'onde stimule les cellules des cônes qui répondent à une lumière de 430 nanomètres dans une bien plus grande mesure que les deux autres types de cônes. Ce faisceau activera le pigment de couleur bleue dans des cônes spécifiques, et cette lumière est perçue comme bleue. La lumière avec une majorité de longueurs d'onde centrée autour de 550 nanomètres est considérée comme verte, et un faisceau contenant principalement des longueurs d'onde de 600 nanomètres ou plus est visualisé comme rouge. Comme mentionné ci-dessus, la vision conique pure est appelée vision photopique et est dominante à des niveaux de lumière normaux, à la fois à l'intérieur et à l'extérieur. La plupart des mammifères sont des dichromates, généralement capables de distinguer uniquement les composants de couleur bleuâtre et verdâtre. En revanche, certains primates (notamment les humains) présentent une vision des couleurs trichromatique, avec une réponse significative aux stimuli de lumière rouge, verte et bleue.

La figure 6 illustre les spectres d'absorption des quatre pigments visuels humains, qui affichent des maxima dans les régions rouges, vertes et bleues attendues du spectre de la lumière visible. Lorsque les trois types de cellules coniques sont stimulés de manière égale, la lumière est perçue comme étant achromatique ou blanche. Par exemple, la lumière du soleil de midi apparaît comme une lumière blanche pour les humains, car elle contient des quantités approximativement égales de lumière rouge, verte et bleue. Une excellente démonstration du spectre de couleurs de la lumière du soleil est l'interception de la lumière par un prisme de verre, qui réfracte (ou plie) différentes longueurs d'onde à des degrés divers, répartissant la lumière dans ses couleurs composantes. La perception humaine des couleurs dépend de l'interaction de toutes les cellules réceptrices avec la lumière, et cette combinaison entraîne une stimulation presque trichromique. Il y a des changements dans la sensibilité des couleurs avec des variations dans les niveaux de lumière, de sorte que les couleurs bleues semblent relativement plus lumineuses dans une faible lumière et les couleurs rouges semblent plus brillantes dans une lumière vive. Cet effet peut être observé en pointant une lampe de poche sur une impression couleur, ce qui fera que les rouges apparaîtront soudainement beaucoup plus brillants et plus saturés.

Ces dernières années, la prise en compte de la sensibilité visuelle des couleurs humaines a conduit à des changements dans la pratique de longue date consistant à peindre les véhicules d'urgence, tels que les camions de pompiers et les ambulances, entièrement en rouge. Bien que la couleur soit destinée à être facilement visible et à répondre aux véhicules, la distribution des longueurs d'onde n'est pas très visible à de faibles niveaux de lumière et apparaît presque noire la nuit. L'œil humain est beaucoup plus sensible aux teintes jaune-vert ou similaires, en particulier la nuit, et maintenant la plupart des nouveaux véhicules d'urgence sont au moins partiellement peints d'un vert jaunâtre vif ou blanc, conservant souvent des reflets rouges dans l'intérêt de la tradition.

Lorsque seulement un ou deux types de cellules coniques sont stimulés, la gamme de couleurs perçues est limitée. Par exemple, si une bande étroite de lumière verte (540 à 550 nanomètres) est utilisée pour stimuler toutes les cellules coniques, seules celles contenant des photorécepteurs verts réagiront pour produire une sensation de voir la couleur verte. La perception visuelle humaine des couleurs soustractives primaires, telles que le jaune, peut survenir de deux manières. Si les cellules coniques rouges et vertes sont simultanément stimulées avec une lumière jaune monochromatique ayant une longueur d'onde de 580 nanomètres, les récepteurs des cellules coniques répondent chacun presque également car leur chevauchement spectral d'absorption est approximativement le même dans cette région du spectre de la lumière visible. La même sensation de couleur peut être obtenue en stimulant individuellement les cellules coniques rouges et vertes avec un mélange de longueurs d'onde rouges et vertes distinctes sélectionnées dans des régions des spectres d'absorption des récepteurs qui n'ont pas de chevauchement significatif. Le résultat, dans les deux cas, est une stimulation simultanée des cellules coniques rouges et vertes pour produire une sensation de couleur jaune, même si le résultat final est obtenu par deux mécanismes différents. La capacité de percevoir d'autres couleurs nécessite la stimulation d'un, deux ou les trois types de cellules coniques, à des degrés divers, avec la palette de longueurs d'onde appropriée.

Bien que le système visuel humain comporte trois types de cellules de cônes avec leurs pigments de couleur respectifs ainsi que des cellules en bâtonnets réceptrices de lumière pour la vision scotopique, c'est le cerveau humain qui compense les variations des longueurs d'onde lumineuses et des sources lumineuses dans sa perception de la couleur. Les métamères sont des paires de spectres lumineux différents perçus comme de la même couleur par le cerveau humain. Fait intéressant, les couleurs qui sont interprétées comme identiques ou similaires par un humain sont parfois facilement reconnaissables par d'autres animaux, notamment les oiseaux.

Les neurones intermédiaires qui transportent les informations visuelles entre la rétine et le cerveau ne sont pas simplement connectés un à un avec les cellules sensorielles. Chaque cône et chaque bâtonnet de la fovéa envoie des signaux à au moins trois cellules bipolaires, tandis que dans les régions plus périphériques de la rétine, les signaux provenant d'un grand nombre de bâtonnets convergent vers une seule cellule ganglionnaire. La résolution spatiale dans les parties externes de la rétine est compromise par un grand nombre de bâtonnets alimentant un seul canal, mais le fait que de nombreuses cellules sensorielles participent à la capture des signaux faibles améliore considérablement le seuil de sensibilité de l'œil. Cette caractéristique de l'œil humain est quelque peu analogue à la conséquence du binning dans les systèmes d'appareil photo numérique CCD à balayage lent.

Les cellules sensorielles, bipolaires et ganglionnaires de la rétine sont également interconnectées à d'autres neurones, fournissant un réseau complexe de voies inhibitrices et excitatrices. En conséquence, les signaux des 5 à 7 millions de cônes et 125 millions de bâtonnets de la rétine humaine sont traités et transportés vers le cortex visuel par seulement environ 1 million de fibres nerveuses optiques myélinisées. Les muscles oculaires sont stimulés et contrôlés par les cellules ganglionnaires du corps genouillé latéral, qui agit comme un rétrocontrôle entre la rétine et le cortex visuel.

Le réseau complexe de voies excitatrices et inhibitrices de la rétine est organisé en trois couches de cellules neuronales qui proviennent d'une région spécifique du cerveau au cours du développement embryonnaire. Ces circuits et boucles de rétroaction entraînent une combinaison d'effets qui produisent une netteté des contours, une amélioration du contraste, une sommation spatiale, une moyenne du bruit et d'autres formes de traitement du signal, dont certaines n'ont peut-être pas encore été découvertes. Dans la vision humaine, un degré important de traitement de l'image a lieu dans le cerveau, mais la rétine elle-même est également impliquée dans un large éventail de tâches de traitement.

Dans un autre aspect de la vision humaine connu sous le nom d'invariance des couleurs, la couleur ou la valeur de gris d'un objet ne semble pas changer sur une large plage de luminance. En 1672, Sir Isaac Newton a démontré l'invariance des couleurs dans la sensation visuelle humaine et a fourni des indices pour la théorie classique de la perception des couleurs et du système nerveux. Edwin H. Land, fondateur de Polaroid Corporation, a proposé la théorie Retinex de la vision des couleurs, basée sur ses observations de l'invariance des couleurs. Tant que la couleur (ou une valeur de gris) est visualisée sous un éclairage adéquat, un patch de couleur ne change pas de couleur même lorsque la luminance de la scène est modifiée. Dans ce cas, un dégradé d'éclairage sur la scène ne modifie pas la couleur perçue ou le niveau de gris d'un patch. Si le niveau de luminance atteint le seuil de vision scotopique ou crépusculaire, la sensation de couleur disparaît. Dans l'algorithme de Land, les valeurs de luminosité des zones colorées sont calculées et l'énergie d'une zone particulière de la scène est comparée à toutes les autres zones de la scène pour cette bande d'ondes. Les calculs sont effectués trois fois, une pour chaque bande d'ondes (ondes longues, ondes courtes et ondes moyennes), et le triplet de valeurs de luminosité qui en résulte détermine une position pour la zone dans l'espace colorimétrique tridimensionnel défini par la théorie Retinex.

Le terme daltonisme est quelque peu impropre, étant largement utilisé dans les conversations familières pour désigner toute difficulté à distinguer les couleurs. Le vrai daltonisme, ou l'incapacité de voir n'importe quelle couleur, est extrêmement rare, bien que jusqu'à 8 pour cent des hommes et 0,5 pour cent des femmes naissent avec une forme de défaut de vision des couleurs (voir le tableau 1). Les déficiences héréditaires de la vision des couleurs sont généralement le résultat de défauts dans les cellules photoréceptrices de la rétine, une neuro-membrane qui fonctionne comme la surface d'imagerie à l'arrière de l'œil. Les défauts de la vision des couleurs peuvent également être acquis à la suite d'une maladie, d'effets secondaires de certains médicaments ou de processus normaux de vieillissement, et ces déficiences peuvent affecter des parties de l'œil autres que les photorécepteurs.

Les cônes normaux et la sensibilité aux pigments permettent à un individu de distinguer toutes les différentes couleurs ainsi que de subtils mélanges de teintes. Ce type de vision normale des couleurs est connu sous le nom de trichromatie et repose sur l'interaction mutuelle des plages de sensibilité qui se chevauchent des trois types de cônes photorécepteurs. Une déficience légère de la vision des couleurs se produit lorsque le pigment de l'un des trois types de cônes présente un défaut et que sa sensibilité maximale est déplacée vers une autre longueur d'onde, produisant une déficience visuelle appelée trichromatie anormale, l'une des trois grandes catégories de défaut de vision des couleurs. La dichromatie, une forme plus grave de daltonisme, ou déficience de couleur, se produit lorsque l'un des pigments est sérieusement déviant dans ses caractéristiques d'absorption, ou que le pigment particulier n'a pas été produit du tout. L'absence totale de sensation de couleur, ou monochromatie, est extrêmement rare, mais les individus atteints de daltonisme total (monochromates en bâtonnets) ne voient que divers degrés de luminosité et le monde apparaît en noir, blanc et nuances de gris. Cette condition ne survient que chez les personnes qui héritent d'un gène de la maladie des deux parents.

Les dichromates peuvent distinguer certaines couleurs, et sont donc moins affectés dans leur vie quotidienne que les monochromates, mais ils sont généralement conscients qu'ils ont un problème avec leur vision des couleurs. La dichromatie est subdivisée en trois types : protanopie, deutéranopie et tritanopie (voir figure 7). Environ deux pour cent de la population masculine hérite de l'un des deux premiers types, le troisième étant beaucoup plus rare.

Tutoriel Java interactif
Test de daltonisme d'Ishihara Le daltonisme, une perturbation du fonctionnement normal de la vision photopique humaine, peut être causé par une multitude de conditions, y compris celles dérivées de la génétique, de la biochimie, des dommages physiques et des maladies. Ce didacticiel interactif explore et simule la façon dont les images en couleur apparaissent aux individus daltoniens, et compare ces images au test de diagnostic daltonien d'Ishihara.

La protanopie est un défaut rouge-vert, résultant d'une perte de sensibilité au rouge, ce qui entraîne une absence de différence perceptible entre le rouge, l'orange, le jaune et le vert. De plus, la luminosité des couleurs rouge, orange et jaune est considérablement réduite par rapport aux niveaux normaux. L'effet d'intensité réduite peut entraîner des feux rouges qui apparaissent sombres (éteints) et des teintes rouges (en général), qui apparaissent en noir ou gris foncé. Les protanopes apprennent souvent à distinguer correctement le rouge du vert et le rouge du jaune, principalement en fonction de leur luminosité apparente, plutôt que de toute différence de teinte perceptible. Le vert apparaît généralement plus clair que le rouge pour ces individus.Parce que la lumière rouge se produit à une extrémité du spectre visible, il y a peu de chevauchement de sensibilité avec les deux autres types de cônes, et les personnes atteintes de protanopie ont une perte prononcée de sensibilité à la lumière à l'extrémité longue longueur d'onde (rouge) du spectre. Les personnes atteintes de ce défaut de vision des couleurs peuvent faire la distinction entre les bleus et les jaunes, mais la lavande, le violet et le violet ne peuvent pas être distingués des différentes nuances de bleu, en raison de l'atténuation de la composante rouge dans ces teintes.

Les personnes atteintes de deutéranopie, qui est une perte de sensibilité au vert, ont bon nombre des mêmes problèmes de discrimination de teinte que les protanopes, mais ont un niveau de sensibilité assez normal dans tout le spectre visible. En raison de l'emplacement de la lumière verte au centre du spectre de la lumière visible et du chevauchement des courbes de sensibilité des récepteurs coniques, il existe une certaine réponse des photorécepteurs rouges et bleus aux longueurs d'onde vertes. Bien que la deutéranopie soit associée au moins à une réponse de luminosité à la lumière verte (et à une faible réduction d'intensité anormale), les noms rouge, orange, jaune et vert semblent au deutéranope être trop de termes pour des couleurs qui apparaissent identiques. De la même manière, les bleus, les violets, les violets et les lavandes ne se distinguent pas par les personnes atteintes de ce défaut de vision des couleurs.

Incidence et causes du daltonisme
Classification Cause du défaut Incidence
(%)
Trichromatie anormale 6.0
Protanomalie Pigment de détection du rouge anormal 1.0
Deutéranomalie Pigment anormal à détection de vert 5.0
Tritanomalie Pigment de détection de bleu anormal 0.0001
Dichromatie 2.1
Protanopie Pigment de détection de rouge absent 1.0
Deutéranopie Absence de pigment à détection de vert 1.1
Tritanopie Absence de pigment à détection de bleu 0.001
Rod Monochromatie Pas de cônes fonctionnels < 0,0001

La tritanopie est l'absence de sensibilité au bleu et produit fonctionnellement un défaut bleu-jaune dans la vision des couleurs. Les personnes atteintes de cette déficience ne peuvent pas distinguer les bleus et les jaunes, mais enregistrent une différence entre le rouge et le vert. La condition est assez rare, et se produit à peu près également dans les deux sexes. Les tritanopes n'ont généralement pas autant de difficulté à effectuer des tâches quotidiennes que les individus présentant l'une des variantes rouge-vert de la dichromatie. Étant donné que les longueurs d'onde bleues ne se produisent qu'à une extrémité du spectre et qu'il y a peu de chevauchement de sensibilité avec les deux autres types de cônes, la perte totale de sensibilité à travers le spectre peut être assez grave dans cette condition.

Lorsqu'il y a une perte de sensibilité par un récepteur de cône, mais que les cônes sont toujours fonctionnels, les déficiences de la vision des couleurs qui en résultent sont considérées comme une trichromatie anormale, et elles sont classées de la même manière que les types de dichromatie. La confusion survient souvent parce que ces conditions sont nommées de la même manière, mais accompagnées d'un suffixe dérivé du terme anomalie . Ainsi, la protanomalie et la deutéranomalie produisent des problèmes de reconnaissance de teinte similaires aux défauts de dichromatie rouge-vert, mais pas aussi prononcés. La protanomalie est considérée comme une "faiblesse rouge" de la vision des couleurs, le rouge (ou toute couleur ayant une composante rouge) étant visualisé comme plus clair que la normale et les teintes décalées vers le vert. Un individu deutéranomal présente une "faiblesse verte" et a des difficultés similaires à discriminer entre de petites variations de teintes tombant dans la région rouge, orange, jaune et verte du spectre visible. Cela se produit parce que les teintes semblent être décalées vers le rouge. En revanche, les individus deutéranomalies n'ont pas le défaut de perte de luminosité qui accompagne la protanomalie. De nombreuses personnes atteintes de ces variantes anormales de trichromatie ont peu de difficulté à effectuer des tâches qui nécessitent une vision des couleurs normale, et certaines peuvent même ne pas être conscientes que leur vision des couleurs est altérée. La tritanomalie, ou faiblesse bleue, n'a pas été signalée comme une anomalie héréditaire. Dans les quelques cas où la déficience a été identifiée, on pense qu'elle a été acquise plutôt qu'héritée. Plusieurs maladies oculaires (comme le glaucome, qui attaque les cônes bleus) peuvent entraîner une tritanomalie. La perte de cône bleu périphérique est la plus fréquente dans ces maladies.

Malgré les limitations, le daltonisme présente certains avantages en termes d'acuité visuelle, tels que la capacité accrue de discriminer les objets camouflés. Les contours, plutôt que les couleurs, sont responsables de la reconnaissance des formes, et des améliorations de la vision nocturne peuvent se produire en raison de certaines déficiences de la vision des couleurs. Dans l'armée, les tireurs d'élite et les observateurs daltoniens sont très appréciés pour ces raisons. Au début des années 1900, dans le but d'évaluer la vision anormale des couleurs chez l'homme, l'anomaloscope de Nagel a été développé. En utilisant cet instrument, l'observateur manipule les boutons de commande pour faire correspondre deux champs colorés pour la couleur et la luminosité. Une autre méthode d'évaluation, le test de plaque pseudoisochromatique d'Ishihara pour le daltonisme, du nom du Dr Shinobu Ishihara, fait la distinction entre la vision normale des couleurs et le daltonisme rouge-vert (comme présenté dans le didacticiel et la figure 7). Un sujet de test avec une vision des couleurs normale peut détecter la différence de teinte entre la silhouette et l'arrière-plan. Pour un observateur présentant une déficience rouge-vert, les plaques semblent isochromatiques sans discrimination entre les figures et le motif de conception.

En tant que partie naturelle du processus de vieillissement, l'œil humain commence à percevoir les couleurs différemment au cours des dernières années, mais ne devient pas « daltonien » au vrai sens du terme. Le vieillissement se traduit par le jaunissement et le noircissement du cristallin et de la cornée, effets dégénératifs qui s'accompagnent également d'un rétrécissement de la taille de la pupille. Avec le jaunissement, les longueurs d'onde plus courtes de la lumière visible sont absorbées, de sorte que les teintes bleues apparaissent plus sombres. En conséquence, les personnes âgées éprouvent souvent des difficultés à distinguer les couleurs qui diffèrent principalement par leur teneur en bleu, comme le bleu et le gris ou le rouge et le violet. À 60 ans, comparé à l'efficacité visuelle d'un jeune de 20 ans, seulement 33 % de la lumière incidente sur la cornée atteint les photorécepteurs de la rétine. Cette valeur tombe à environ 12,5% au milieu des années 70.

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Hébergement de l'œil humain L'hébergement de l'œil fait référence à l'acte physiologique d'ajustement des éléments du cristallin pour modifier le pouvoir de réfraction et mettre au point les objets plus proches de l'œil. Ce didacticiel explore les changements dans la structure de la lentille à mesure que les objets sont déplacés par rapport à l'œil.

L'accommodation de l'œil fait référence à l'action d'ajuster physiologiquement l'élément du cristallin pour modifier le pouvoir de réfraction et mettre au point les objets les plus proches de l'œil. Les rayons lumineux initialement réfractés à la surface de la cornée sont davantage convergés après avoir traversé le cristallin. Pendant l'accommodation, la contraction des muscles ciliaires relâche la tension sur le cristallin, entraînant des modifications de la forme du tissu transparent et élastique, tout en le déplaçant légèrement vers l'avant. L'effet net des modifications de la lentille est d'ajuster la distance focale de l'œil pour mettre l'image exactement au point sur la couche photosensible de cellules résidant dans la rétine. L'accommodation relâche également la tension appliquée au cristallin par les fibres de la zonule, et permet à la surface antérieure du cristallin d'augmenter sa courbure. Le degré de réfraction accru, associé à un léger décalage vers l'avant de la position de l'objectif, met au point les objets plus proches de l'œil.

La mise au point dans l'œil est contrôlée par une combinaison d'éléments, notamment l'iris, le cristallin, la cornée et le tissu musculaire, qui peuvent modifier la forme du cristallin afin que l'œil puisse se concentrer à la fois sur les objets proches et distants. Cependant, dans certains cas, ces muscles ne fonctionnent pas correctement ou la forme de l'œil est légèrement modifiée et le point focal ne coupe pas la rétine (une condition appelée vision convergente). À mesure que les individus vieillissent, le cristallin devient plus dur et ne peut pas être correctement focalisé, ce qui entraîne une mauvaise vision. Si le point de focalisation est inférieur à la rétine, la condition est appelée myopie ou myopie, et les personnes atteintes de cette affection ne peuvent pas se concentrer sur des objets distants. Dans les cas où le point focal est derrière la rétine, l'œil aura du mal à se concentrer sur les objets proches, créant une condition connue sous le nom d'hypermétropie ou d'hypermétropie. Ces dysfonctionnements de l'œil peuvent généralement être corrigés avec des lunettes (Figure 8) utilisant une lentille concave pour traiter la myopie et une lentille convexe pour traiter l'hypermétropie.

La vision convergente n'est pas totalement physiologique et peut être influencée par l'entraînement, si les yeux ne sont pas défectueux. Des procédures répétitives peuvent être utilisées pour développer une vision convergente forte. Les athlètes, comme les arrêts-courts de baseball, ont une vision convergente bien développée. Dans chaque mouvement, les deux yeux doivent traduire à l'unisson pour préserver la vision binoculaire, avec un appareil neuromusculaire précis et réactif qui n'est généralement pas sujet à la fatigue, contrôlant leur motilité et leur coordination. Les changements de convergence oculaire ou de mouvement de la tête sont pris en compte dans les calculs effectués par le système oculaire complexe pour produire les entrées neuronales appropriées vers les muscles oculaires. Un mouvement oculaire de 10 degrés peut être effectué en environ 40 millisecondes, les calculs se produisant plus rapidement que l'œil ne peut atteindre sa cible prévue. Les petits mouvements oculaires sont appelés saccades et les mouvements plus importants d'un point à un autre sont appelés versions.

Le système visuel humain doit non seulement détecter la lumière et la couleur, mais en tant que système optique, doit être capable de discerner les différences entre les objets, ou un objet et son arrière-plan. Connue sous le nom de contraste physiologique ou discrimination de contraste, la relation entre la luminosité apparente de deux objets qui sont vus soit en même temps (contraste simultané) soit séquentiellement (contraste successif) sur un fond, peut ou non être la même. Dans le système visuel humain, le contraste est réduit dans l'obscurité de l'environnement et chez les individus souffrant de déficiences visuelles des couleurs telles que le daltonisme rouge-vert. Le contraste dépend de la vision binoculaire, de l'acuité visuelle et du traitement de l'image par le cortex visuel du cerveau. Un objet à faible contraste, qui ne peut être distingué de l'arrière-plan que s'il est en mouvement, est considéré comme camouflé. Cependant, les personnes daltoniennes sont souvent capables de détecter des objets camouflés en raison d'une vision accrue des bâtonnets et de la perte d'indices de couleur trompeurs. L'augmentation du contraste se traduit par une visibilité accrue, et une valeur numérique quantitative pour le contraste est généralement exprimée en pourcentage ou en rapport. Dans des conditions optimales, l'œil humain peut à peine détecter la présence d'un contraste de deux pour cent.

Avec la vision humaine, une augmentation apparente du contraste est perçue dans une zone étroite de chaque côté de la frontière entre deux zones de luminosité et/ou de chromaticité différentes. A la fin du XIXe siècle, le physicien français Michel Eugène Chevreul découvre le contraste simultané. En tant que fonction spéciale de la perception visuelle humaine, les bords ou le contour d'un objet sont mis en évidence, éloignant l'objet de son arrière-plan et facilitant l'orientation spatiale. Lorsqu'elle est positionnée sur un arrière-plan clair, la région au bord d'un objet sombre apparaît plus claire que le reste de l'arrière-plan (en effet, le contraste est amélioré). Avec ce phénomène de perception, la couleur avec le contraste le plus fort, la couleur complémentaire, est créée (par le cerveau) au bord. Parce que la couleur et son complément sont perçus simultanément, l'effet est connu sous le nom de contraste simultané. Les frontières et autres lignes de démarcation qui séparent les zones de contraste ont tendance à atténuer l'effet (ou l'illusion d'optique) en éliminant le contraste marginal. De nombreuses formes de microscopie optique, notamment l'éclairage à contraste de phase, tirent parti de ces caractéristiques du système visuel humain. En augmentant le contraste physique d'une image sans avoir à changer l'objet par coloration ou autre technique, l'échantillon à contraste de phase est protégé contre les dommages ou la mort (dans le cas d'échantillons vivants).

La réponse spatiale en fréquence de l'œil humain peut être évaluée en déterminant la capacité à détecter une série de bandes dans un réseau sinusoïdal modulé. Les réseaux de test comportent des régions alternées (bandes) de lumière et d'obscurité, qui augmentent linéairement des fréquences les plus élevées aux plus basses le long de l'axe horizontal tandis que le contraste diminue de manière logarithmique de haut en bas. La limite des bandes qui ne peuvent être distinguées que par les individus ayant une vision normale se situe entre 7 et 10 cycles par degré. Pour la vision achromatique, lorsque la fréquence spatiale est très faible (espacement des lignes large), un contraste élevé est nécessaire pour détecter l'intensité variant de manière sinusoïdale. À mesure que la fréquence spatiale augmente, les humains peuvent détecter des périodes avec moins de contraste, atteignant un pic d'environ 8 cycles par degré dans le champ visuel. Au-delà de ce point, un contraste plus élevé est à nouveau nécessaire pour détecter les bandes sinusoïdales plus fines.

L'examen de la fonction de transfert de modulation ( MTF ) du système visuel humain révèle que le contraste nécessaire pour détecter la variation de luminance dans les réseaux sinusoïdaux normalisés augmente à la fois aux fréquences spatiales supérieures et inférieures. À cet égard, l'œil se comporte tout à fait différemment d'un simple appareil d'imagerie (comme un appareil photo argentique ou un capteur CCD). La fonction de transfert de modulation d'un système de caméra simple et focalisé affiche une modulation maximale à une fréquence spatiale nulle, le degré de modulation tombant de manière plus ou moins monotone à zéro à la fréquence de coupure de la caméra.

Lorsque la luminance d'une scène fluctue périodiquement plusieurs fois par seconde (comme c'est le cas avec les écrans de télévision et d'ordinateur), les humains perçoivent une sensation irritante, comme si les scènes séquentielles étaient disjointes. Lorsque la fréquence de fluctuation augmente, l'irritation augmente et atteint un maximum à environ 10 hertz, en particulier lorsque des éclairs lumineux alternent avec l'obscurité. À des fréquences plus élevées, la scène n'apparaît plus décousue et les objets déplacés d'une scène à l'autre sont maintenant perçus comme se déplaçant en douceur. Communément appelée scintillement, la sensation gênante de scintillement léger peut persister jusqu'à 50-60 hertz. Au-delà d'une certaine fréquence et luminance, appelée fréquence critique de scintillement ( CFF ), le scintillement de l'écran n'est plus perçu. C'est la principale raison pour laquelle l'augmentation du taux de rafraîchissement d'un écran d'ordinateur de 60 à 85-100 hertz produit un affichage stable et sans scintillement.

Les progrès de la technologie de fabrication des semi-conducteurs, en particulier les techniques de semi-conducteurs à oxyde métallique complémentaires ( CMOS ) et de CMOS bipolaire ( BiCMOS ), ont conduit à une nouvelle génération de photocapteurs miniatures dotés d'une plage dynamique extraordinaire et d'une réponse rapide. Récemment, des matrices de puces de capteur CMOS ont été agencées pour modéliser le fonctionnement de la rétine humaine. Ces puces oculaires, en combinant l'optique, la vision humaine et les microprocesseurs, font progresser l'ophtalmologie dans le nouveau domaine de l'optobionique. Les rétines endommagées résultant de maladies visuelles débilitantes, telles que la rétinite pigmentaire et la dégénérescence maculaire, ainsi que le vieillissement et les lésions de la rétine, qui nuisent à la vision, sont corrigés avec les puces oculaires implantées. Les puces oculaires en silicium contiennent environ 3 500 détecteurs de lumière miniatures attachés à des électrodes métalliques qui imitent la fonction des bâtonnets et des cônes humains. Les détecteurs de lumière absorbent la lumière incidente réfractée par la cornée et le cristallin et produisent une petite quantité de charge électrique qui stimule les neurones rétiniens. Avec un diamètre de deux millimètres (voir Figure 9), la rétine de remplacement est deux fois moins épaisse qu'un morceau de papier typique et est implantée dans une poche sous la rétine endommagée.

Comme alternative à la puce oculaire, une prothèse rétinienne utilisant un processeur de signal numérique et une caméra montée sur une paire de lunettes, capture et transmet une image d'un objet ou d'une scène. Sans fil, l'image est envoyée à une puce réceptrice intégrée près des couches rétiniennes où les impulsions nerveuses sont envoyées au cerveau. Les rétines artificielles, cependant, ne traiteront pas le glaucome ou les déficiences visuelles qui endommagent les fibres nerveuses menant au nerf optique. Au fur et à mesure que l'optobionique progresse, la compréhension scientifique du système visuel humain complexe fait de même.

Kenneth R. Spring - Consultant scientifique, Lusby, Maryland, 20657.

Thomas J. Fellers et Michael W. Davidson - Laboratoire national de champ magnétique élevé, 1800 East Paul Dirac Dr., The Florida State University, Tallahassee, Floride, 32310.


Le conduit auditif

À l'arrière de la conque commence le conduit auditif, qui traverse l'os temporal du crâne. C'est ce qu'on appelle aussi le conduit auditif, le méat auditif et, tout simplement, le trou de l'oreille. Dans le conduit auditif, il y a du cérumen déposé, également appelé, de manière peu appétissante, cérumen. À l'arrière du conduit auditif se trouve le tympan, ou membrane tympanique. Il s'agit d'une plaque circulaire de fibres, à la fois radiale et circonférentielle, fixée au crâne sur les bords extérieurs, et juste assez conique pour être légèrement concave du conduit auditif. Le tympan est assez fragile. S'il est rompu, il peut guérir rapidement, mais à chaque fois avec une cicatrice plus rigide que le reste de la structure. Après suffisamment de ruptures, le tympan devient suffisamment rigide pour affecter l'acuité auditive. L'instrument utilisé pour inspecter le conduit auditif est appelé le otoscope, inventé par Thomas Brunton.

L'arrière du tympan fait face à l'oreille moyenne (voir Figure 3). Il s'agit d'une chambre creuse dans le crâne un peu plus grande que 100 mm3. Cette chambre est reliée au sommet de la gorge au moyen de la trompe d'Eustache. Cette voie aérienne permet d'égaliser la pression d'air statique des deux côtés du tympan. Il peut se boucher et peut également fournir une voie d'infection à l'oreille moyenne.

A l'arrière du tympan se trouve le marteau, ou marteau.Sa saillie plus longue, appelée manubrium, est reliée à l'intérieur du tympan, de sorte que lorsque le tympan bouge, le marteau se met en mouvement de bascule. Le marteau a une autre saillie, appelée son processus antérieur, qui est connecté au muscle tenseur du tympan. Le tensortympanum, comme son nom l'indique, applique une légère tension à l'arrière du tympan, le tirant dans une forme convexe. L'extrémité supérieure du marteau se trouve à côté du enclume, ou enclume. Les deux os sont maintenus lâchement ensemble par des tendons au niveau de l'articulation malléo-incudale, également appelée articulation incudomalléolaire.

Lorsque le tympan fléchit vers l'intérieur, le manubrium se déplace avec lui et le marteau tourne. La tête du marteau pousse l'enclume en rotation. Il y a une longue saillie de l'enclume, appelée le long crus, et à son extrémité se trouve un joint flexible, une articulation entre l'enclume et leétrier, ou l'os de l'étrier. Parce que les crus longs sont environ 30% plus longs que le manubrium, il y a une action de levier : Un mouvement court du manubrium fait un mouvement plus long des crus longs.

Lorsque le tympan fléchit vers l'extérieur, cependant, vers une vague de raréfaction dans l'air, l'articulation incudomalléolaire se sépare légèrement, en raison de la flexibilité des tendons qui les maintiennent ensemble. Cela signifie que le marteau et l'enclume se séparent réellement pendant la partie négative de chaque onde de pression acoustique dans l'air. Ils sont fixés rigidement pendant les ondes de compression. A partir de ce moment, le mécanisme auditif humain est asymétrique, répondant différemment à la compression et à la raréfaction des parties de l'onde.Ce mécanisme explique la différence subjective bien connue entre la perception des ondes de compression (coups de feu) et les ondes de raréfaction (éclatement des ampoules). En audio reproduit, cela justifie le maintien d'une polarité absolue dans tout le système.

L'étrier est en forme de triangle avec une plaque en travers des deux pointes. C'est ce qu'on appelle le repose-pieds. Il recouvre la fenêtre ovale, s'ouvrant sur la partie la plus interne de l'oreille, et transmet les vibrations mécaniques des osselets aux fluides de l'oreille interne. L'articulation flexible entre l'enclume et l'étrier s'est attachée à un muscle appelé stapédien, qui agit comme un fusible pour couper l'oreille en cas de sons trop forts. Le stapedius tire réellement l'étrier loin de la pointe de l'enclume, les séparant. Il faut environ 170 ms pour fonctionner, ce qui signifie qu'il n'agit pas assez vite pour assurer une protection parfaite. Avec l'étrier complètement contracté, il y a une perte d'environ 20 dBof entre l'enclume et l'étrier, ce qui est appelé undécalage temporaire de l'intensité sonore. Le muscle stapédien se détendra, rétablissant l'audition, en quelques minutes ou quelques heures.


L'œil vieillissant

La plupart du déclin de la vision lié à l'âge reflète des changements dans l'œil. À la fin de la quarantaine ou de la cinquantaine, la plupart des gens ont du mal à lire les pages de près. Cette presbytie, ou hypermétropie, se produit parce que la lentille n'est plus assez flexible pour se concentrer sur les objets proches.
L'œil vieillissant est plus sensible à l'éblouissement, met plus de temps à s'adapter aux changements de luminosité et ne fonctionne pas aussi bien dans la pénombre. La diminution de la sensibilité signifie un champ de vision plus étroit. Un seul résultat : la conduite de nuit devient difficile, voire dangereuse.

Avec le temps, la lentille perd de sa transparence. Lorsqu'elle est perceptible, cette nébulosité est appelée cataracte et peut interférer avec la lecture ou la conduite et même conduire à la cécité. Elle peut généralement être corrigée par l'implantation chirurgicale d'un cristallin artificiel. À l'âge de 80 ans, environ la moitié des Américains ont des cataractes ou ont subi une intervention chirurgicale pour les corriger

Dans la dégénérescence maculaire liée à l'âge, la partie la plus sensible de la rétine se détériore, entraînant une perte de la vision centrale. Parce que la vision périphérique est naturellement moins détaillée, le champ visuel résultant ressemble à un "donut" avec un trou là où la partie la plus claire de l'image devrait être. Les changements dans la perception visuelle sont également répandus : l'âge émousse généralement la perception de la profondeur et la capacité de voir les contrastes. Cela peut contribuer aux chutes.

Protégez votre vision avec des examens de la vue réguliers. Des mesures correctives optimiseront votre capacité à voir malgré les changements liés à l'âge, et un traitement précoce peut ralentir la progression d'affections telles que la dégénérescence maculaire.


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