La forme de la lumière change notre vision

Publié par Redbran le 30/04/2021 à 13:00
Source: Université de Genève
Des scientifiques de l'UNIGE ont démontré que la réponse de la rétine à la lumière ne dépend pas seulement de l'intensité de la lumière perçue par l'oeil, mais aussi de sa forme temporelle et de l'ordre d'arrivée des couleurs.


Vue d'artiste (Est communément appelée artiste toute personne exerçant l'un des métiers ou activités...) des impulsions du laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique)...) femtoseconde arrivant dans un oeil. © Scientify - UNIGE

La vision est un processus complexe, décrypté avec succès par de nombreuses disciplines (physique, biochimie (La biochimie est la discipline scientifique qui étudie les réactions chimiques ayant lieu...), physiologie (La physiologie (du grec φύσις, phusis, la nature, et...), neurologie (La neurologie est la discipline médicale clinique qui étudie l'ensemble des maladies du...), etc.): la rétine (La rétine est l'organe sensible de la vision. D'origine diencéphalique, elle est une...) capte la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...), le nerf (En neuroanatomie, au sein du système nerveux , périphérique et central, un nerf...) optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement...) transmet des impulsions électriques au cerveau (Le cerveau est le principal organe du système nerveux central des animaux. Le cerveau traite...) qui in fine génère la perception d'une image. Bien que ce processus prenne un certain temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...), de récentes études ont démontré que la première étape de la vision, la perception même de la lumière, est extrêmement rapide. Mais l'analyse de cette étape décisive s'est effectuée sur des molécules en solutions dans le laboratoire.

Des scientifiques de l'Université de Genève (L'université de Genève (UNIGE) est l'université publique du canton de Genève en...) (UNIGE), en collaboration avec l'EPFL et les Hôpitaux universitaires de Genève (HUG), ont reproduit l'expérience sur des souris (Le terme souris est un nom vernaculaire ambigu qui peut désigner, pour les francophones, avant...), afin d'observer le traitement de la lumière par un organisme vivant dans toute sa complexité (La complexité est une notion utilisée en philosophie, épistémologie (par...). Cette étude non-invasive montre que l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) lumineuse ne définit pas à elle seule la réponse de la rétine. Sa forme - courte ou longue - a également un impact sur le signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe...) envoyé au cerveau pour former une image. Cette découverte, publiée dans la revue Science Advances, ouvre un nouveau champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) sur la vision, les diagnostics et peut-être de nouvelles possibilités curatives.

Le mécanisme cellulaire de la vision a été étudié avec succès grâce à la collaboration de plusieurs disciplines. "Dans l'oeil, la première étape de la vision est fondée sur une petite molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui...) - le rétinal - qui, au contact de la lumière, change de forme, explique Geoffrey Gaulier, chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la...) au Département de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) appliquée de la Faculté des sciences de l'UNIGE et premier auteur de l'étude. Lorsque le rétinal modifie sa forme géométrique, il déclenche un mécanisme complexe qui résultera en un influx nerveux généré dans le nerf optique."

Ce processus prend un peu de temps entre le moment où l'oeil perçoit la lumière et celui où le cerveau la décrypte. Des physiciens se sont intéressés à la toute première molécule de la chaîne (Le mot chaîne peut avoir plusieurs significations :), le rétinal, pour voir combien de temps il lui a fallu pour changer de forme. Ils et elles ont isolé cette molécule dans une cuvette et l'ont soumise à des impulsions laser afin de tester sa vitesse (On distingue :) de réaction. A leur grande surprise, la molécule réagissait dans l'ordre de 50 femtosecondes !

"A titre de comparaison, une femtoseconde par rapport à une seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui...) est l'équivalent d'une seconde par rapport à l'âge de l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.), relève Jean-Pierre Wolf, professeur à la Section de physique de l'UNIGE et dernier auteur de la recherche. C'est tellement rapide que nous nous sommes demandés si cette vitesse pouvait être atteinte par la molécule seulement lorsqu'elle était isolée, ou si elle possédait cette même rapidité dans un organisme vivant dans toute sa complexité."

Intensité et forme de la lumière définissent la sensibilité de l'oeil

Pour étudier en détail cette première étape de la vision, les scientifiques ont fait appel à des biologistes, notamment Ivan Rodriguez et Pedro Herrera, professeurs aux Facultés des sciences et de médecine (La médecine (du latin medicus, « qui guérit ») est la science et la...) de l'UNIGE, respectivement, qui ont placé une lentille de contact et effectué un électrorétinogramme sur des souris. "Cette méthode, totalement non-invasive, permet de mesurer l'intensité du signal envoyé au nerf optique", poursuit Jean-Pierre Wolf. Lorsque la lumière arrive sur la rétine, ils ont pu observer une tension (La tension est une force d'extension.) électrique au niveau de la cornée, grâce à un amplificateur (On parle d'amplificateur de force pour tout une palette de systèmes qui amplifient les...) électronique. Et leurs résultats ont démontré que cette étape se déroulait avec la même rapidité extrême que lorsque la molécule est isolée !

L'équipe a poursuivi l'étude en variant la forme des impulsions dans le temps. "Nous envoyons toujours la même énergie, soit le même nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) de photons (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction...), mais nous changeons la forme de l'impulsion lumineuse. Parfois l'impulsion est courte, parfois longue, parfois découpée en tranches, etc.", explique Geoffrey Gaulier. En effet, changer la forme ne devrait pas induire de variation dans la réponse de la rétine, car jusqu'à aujourd'hui, on pensait que seul le nombre de photons captés par l'oeil jouait un rôle. "Mais ce n'est pas le cas!", se réjouit le chercheur genevois. Ce résultat a pu être expliqué à l'aide de simulations informatiques réalisées dans le groupe d'Ursula Röthlisberger de l'EPFL.

Les scientifiques ont observé que l'oeil ne réagissait pas de la même manière selon la forme de la lumière, même si l'énergie lumineuse est identique. "Nous avons également découvert que la réaction de l'oeil différait en fonction de l'ordre dans lequel les couleurs étaient présentées, par exemple comme dans un arc-en-ciel (Un arc-en-ciel est un phénomène optique et météorologique qui rend visible le...) temporel, bien que celles-ci se succèdent extrêmement rapidement", continue Jean-Pierre Wolf. En résumé, la rétine croit qu'il y a plus ou moins de lumière en fonction de la forme de celle-ci, alors que l'énergie est semblable, et de ce fait, envoie un courant plus ou moins fort au cerveau en fonction de sa réponse.

Cette découverte, issue du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a...) Sinergia du Fonds national suisse de la recherche scientifique (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) (FNS), ouvre un nouveau champ de recherche sur la vision. "Maintenant que l'on sait que la forme de la lumière joue (La joue est la partie du visage qui recouvre la cavité buccale, fermée par les...) un rôle sur la perception, nous pouvons utiliser cette nouvelle connaissance pour faire travailler l'oeil différemment", propose Jean-Pierre Wolf. Des domaines d'investigation sur de nouvelles possibilités d'établir des diagnostics ou éventuellement de traitement des faiblesses oculaires peuvent désormais se mettre en place.


Contact:
- Jean-Pierre Wolf - Professeur ordinaire à la Section de physique - Faculté des sciences - Jean-Pierre.Wolf at unige.ch

Publication:
Cette recherche est publiée dans Science Advances DOI: 10.1126/sciadv.abe1911
Cet article vous a plu ? Vous souhaitez nous soutenir ? Partagez-le sur les réseaux sociaux avec vos amis et/ou commentez-le, ceci nous encouragera à publier davantage de sujets similaires !
Page générée en 1.679 seconde(s) - site hébergé chez Amen
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - A propos - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique