Cerveau et vision

La vision est le sens dédié à la perception de la lumière, autrement dit la partie dite visible du rayonnement électromagnétique soit, pour l'œil humain, les longueurs d'onde comprises environ entre 350 et 750 nm.

La vision recouvre l'ensemble des mécanismes physiologiques et psychologiques par lesquels la lumière émise ou réfléchie par l'environnement détermine des impressions sensorielles de natures variées, comme les formes, les couleurs, les textures, le mouvement, la distance et le relief. Ces mécanismes font intervenir l'oeil, organe récepteur de la vue, mais aussi des processus cognitifs complexes mis en œuvre par des zones spécialisées du cerveau (voir cortex visuel).

Par extension, on appelle vision artificielle le domaine technologique dont l'objectif est de déduire la position de points dans l'espace à trois dimensions à partir d'une ou de plusieurs caméras. La vision artificielle, qui repose sur la théorie mathématique de la géométrie projective, permet notamment à un robot de se déplacer de manière autonome dans le monde réel.

Sommaire 1 Le système visuel 2 Vision photopique 3 Vision scotopique 4 Vision des couleurs 5 Persistance rétinienne et illusion de mouvement 6 Voir aussi 6.1 Liens internes 6.2 Liens externes

Le système visuel

Le flux d'information en provenance de l'extérieur détecté par la rétine de l'œil n'est pas le seul facteur rentrant en compte dans le mécanisme de la vision. Les illusions d'optique en sont la preuve la plus élémentaire : elles montrent que la façon dont le système visuel, et en particulier le cortex visuel du cerveau, traite cette information est aussi importante dans la construction de l'image perçue, consciemment ou non.

La vision n'est ni instantanée ni fluide, mais elle se fait de manière ponctuelle et rapide (de l'ordre du 1/40 de seconde). Le train d'informations visuelles passe depuis la rétine par les nerfs optiques pour être acheminé vers les aires corticales de la vision à l'arrière du cerveau. La façon dont le cerveau traite ces informations fait l'objet de nombreuses études en neurosciences cognitives, notamment depuis les travaux des Prix Nobel Hubel et Wiesel.

Au sein du système visuel, il a été décrit de nombreuses voies qui forment une architecture complexe chargée de traiter les informations de forme, le mouvement, l'identification des objets, la reconnaissance des visages, etc. Ainsi, par exemple, la sensation de relief n'est perçue qu'au travers de la vision combinée des deux yeux, traitée pour cela par le cerveau qui reconstitue le relief à partir de deux images légèrement décalées. Ce phénomène est exploité par la technique de la stéréoscopie.

Pour l'homme, ainsi que pour de nombreux animaux, les mécanismes de la vision diffèrent en fonction de l'intensité lumineuse ; ainsi, il est d'usage de distinguer la vision diurne, ou vision photopique, de la vision nocturne, ou vision scotopique, pour la finesse de cette vision diurne, on utilise le terme d'acuité visuelle.

Courbes d'absorbance des cônes et des bâtonnets.

Comparaison des courbes de sensibilités relatives en vision photopique et scotopique

Vision photopique

Chez l'homme, la vision photopique ou maculaire (Macula) s'effectue grâce aux cônes de la rétine, répartis en cônes sensibles au rouge (en fait plus au jaune), cônes sensibles au vert, et cônes sensibles au bleu. Le spectre visible, variable suivant les individus, comprend généralement les rayonnements dont la longueur d'onde est comprise entre 380 nm (limite de l'ultra-violet) et 780 nm (limite de l'infra-rouge) ; la sensibilité maximale correspond à un rayonnement de 555 nm (vert-jaune). La proportion de cônes décroît au fur et à mesure qu'on s'éloigne du centre de la vision, ce qui fait qu'on distingue de moins en moins les couleurs.

Vision scotopique

La vision scotopique ou périphérique, s'effectue principalement grâce aux bâtonnets de la rétine, beaucoup plus sensibles que les cônes ; ils ne permettent pas, à eux seuls, de distinguer les couleurs, et leur sensibilité maximale correspond à un rayonnement d'environ 510 nm (vert). C'est une vision adapté à la pénombre, contrairement à la vision maculaire nécessitant une intensité lumineuse élevée. Il y a peu de bâtonnets au centre de la vision (il n'y en a même quasiment pas au niveau de la fovéa), ce qui fait que si l'on regarde directement un objet peu lumineux de nuit, il se peut qu'on ne le voie pas alors qu'on peut le voir si l'on regarde un peu à côté.

Vision des couleurs

La perception des couleurs est le résultat d'une combinaison de calculs de luminosité réalisés par les différents cônes sensibles à des longueurs d'onde spécifiques du spectre lumineux (les principales couleurs perçues par les cônes sont représentées par un petit carré coloré) Chez l'homme, la vision est trichromique :

• Les cônes rouges sont sensibles au ■ rouge, ■ orange et ■ jaune, un peu moins au ■ vert, et un peu au ■ violet, mais pas au ■ bleu
• Les cônes verts sont moins sensibles au ■ rouge et au ■ jaune, mais plus au ■ vert. Ils sont aussi un peu sensibles au ■ bleu ciel
• Les cônes bleus sont sensibles au ■ bleu ciel, au ■ bleu et au ■ violet

L'information transmise par les différents cônes est intégrée à différents niveaux des voies visuelles depuis les mécanismes rétiniens d'opposition de couleur jusqu'au cortex visuel, en particulier l'aire V4.

Persistance rétinienne et illusion de mouvement

On a longtemps cru que le cinéma se servait simplement de la persistance rétinienne pour donner l'illusion du mouvement. En réalité le mouvement observé sur un écran semble essentiellement être une création du cerveau. On distingue trois phénomènes dans cette illusion :

• Effet de continuité créé par la succession rapide des images (12 images/seconde pour les films d'animation et 24 images/seconde pour le cinéma). Mais le mouvement n'a l'air tout à fait fluide que vers 50 images/seconde. Par exemple, quand au cinéma il y a un panorama assez rapide, on peut percevoir que le mouvement est saccadé, ce qui reflète la succession des images. Cela est aussi dû au fait que l'obturateur s'ouvre et se ferme 48 fois par seconde, ce qui signifie que chaque image est présentée deux fois, cela pour éviter le papillotement ou scintillement.

• Disparition du scintillement. On obtient cet effet en vision centrale vers 50 images/seconde. C'est le cas, par exemple, de la télévision à tube cathodique et à affichage entrelacé (2x25 ou 2x30 images/seconde). Mais si l'on regarde en vision périphérique (il suffit de regarder à côté de l'écran tout en portant son attention sur celui-ci), il y a encore un scintillement. C'est seulement vers 75 Hz qu'il disparaît et à 85 Hz l'image est totalement stable. Il est recommandé de régler le taux de rafraîchissement d'un écran à tube cathodique à ces fréquences pour éviter la fatigue des yeux (et de la tête). Le problème du scintillement ne se pose pas avec les écrans LCD.

• Effet phi qui a lieu même avec une succession peu rapide d'images (10 images/seconde). Si l'on dessine une animation sur un carnet et qu'on feuillette les pages, on peut obtenir une illusion de mouvement. Par exemple, les dessins animés ont parfois peu d'images/seconde.

Voir aussi

Liens internes

• Vue
• Vision industrielle
• Optronique
• Flux lumineux
• Perspective visuelle
• Illusion d'optique
• Transvisible (cf: Serge Venturini)
• Hallucination
• Dispositif rétro-réfléchissant (Cf. sécurité routière)
• lunettes de vue
• sémiotique visuelle
• Vision de l'insecte
• Cerveau

Liens externes

• Troubles de la vision, la chirurgie refractive
• Neurosciences et philosophie: le cas de la vision. Pierre Jacob (2005), in E. Pacherie & J. Proust (dir.) La Philosophie cognitive, Paris: Ophrys.
• tableau d'acuité visuelle de 1/10e à 16/10e pour écran, échelle Monoyer (1 à 12/10e) à imprimer
• (fr)La vision des animaux sur Le Syndicat National des Ophtalmologistes de France