VOIR, QUELLE HISTOIRE

La vue, ce sont 3 instruments couplés :

– Un instrument optique, le globe oculaire ;
– Un détecteur de lumière, la rétine ;
– Un ordinateur, le cerveau.

L’élément central est évidemment le détecteur de lumière, plus exactement les éléments photosensibles de la rétine.

Percevoir la lumière, distingue radicalement la vue de tous les autres organes de sens: tous sont stimulés par des éléments qui relèvent de la physique classique, alors que la perception de la lumière, elle, relève de la physique quantique.

Pour le toucher, il s’agit du contact avec un objet ;
Pour l’’audition, les vibrations de l’air ;
Pour le goût et l’odorat, des substances chimiques.

Dans tous les cas, nous avons affaire à un récepteur, c’est-à-dire une structure protéique complexe, associée à la membrane cellulaire. Il s’agit d’une protéine organisée en plusieurs spirales associées, formant un faisceau. Le récepteur est activé par un signal provenant de l’environnement et en retour il envoie un signal au cerveau, qui interprète l’information reçue.

Toucher et Audition

Toucher et audition constituent l’interface de notre organisme avec l’environnement physique grâce à des mécanorécepteurs, c’est-à-dire des récepteurs sensibles à une stimulation mécanique

Le toucher

Il fait appel à des mécanorécepteurs présents dans la peau ; ils sont sensibles à une force, plus exactement à une pression exercée sur eux.

Pour aller plus loin : Le principal organe du toucher est naturellement la main et plus particulièrement les doigts, alors à quoi servent les empreintes digitales ? Elles améliorent le contact, donc la préhension des objets, mais encore ? Pour répondre à cette question, Georges Debrégeas et ses collègues de École Normale Supérieure de Paris ont créé un doigt biomimétique et ont montré que, en passant sur un objet, les empreintes digitales créent une vibration de 200-300 hertz, fréquence à laquelle nos terminaisons nerveuses ont la plus grande sensibilité (1).

L’audition

Les sons résultent de notre perception des vibrations de l’air. Celles-ci se communiquent au tympan puis aux osselets sous-jacents et enfin aux cellules de l’oreille interne, lesquelles sont pourvues de cils garnis d’une petite pierre, ou oolithe, qui les rend sensibles aux vibrations transmises par les osselets. Elles sont également sensibles à la position du corps dans les trois dimensions de l’espace : elles sont le centre de l’équilibre.

Ce qu’il faut voir. Le problème à résoudre est le suivant : le tympan doit être une membrane fine et souple afin de répondre aux légères variations de la pression de l’air ; de fait, elle n’a que quelques fractions de millimètre d’épaisseur. Pourtant elle doit en même temps résister à la pression atmosphérique qui est l’ordre de 1 kg au cm² (imaginez qu’on vous pose un poids d’un kg sur l’extrémité du petit doigt), de plus susceptible d’importantes variations. Solution : faire arriver à l’arrière du tympan une contre-pression à l’aide d’un conduit ouvert à l’extérieur et suffisamment fin pour ne pas transmettre les vibrations de l’air. J’ai décrit les trompes d’Eustache.

Goût et odorat

Les récepteurs de l’odorat et du goût perçoivent les substances chimiques contenus dans l’air ou dans nos aliments. Ils constituent donc l’interface de notre organisme avec l’environnement chimique. Chaque substance présente dans notre alimentation ou dans l’air que nous respirons s’associe à un récepteur particulier. On parle dans ce cas d’un couple ligand-récepteur. Associé à son ligand, le récepteur envoie un signal au cerveau lui permettant d’identifier la substance en cause. Disons que c’est le principe, dans le détail c’est plus compliqué.

Le goût 

C’est plus compliqué car le récepteur doit dans ce cas s’associer étroitement à une molécule beaucoup plus petite, ce qui nécessite que celle-ci soit structurée et relativement rigide afin de se lier au récepteur. De ce fait, les molécules souples, déformables, comme les lipides, huiles et graisses, qui ne peuvent établir suffisamment de liaisons avec un récepteur, ont peu ou pas de goût à l’état pur, au contraire de celles qui ont une structure cyclique (en anneau plus ou moins régulier). Ces molécules-là sont appelées, pour cette raison, aromatiques. Nos aromates alimentaires en font partie. Deux exemples sont présentés ci-dessous : une huile, molécule souple, et le thymol, plus rigide.

L’odorat

Pour l’odorat c’est plus compliqué encore, car il s’agit de reconnaître des produits volatils, autrement dit des molécules dispersibles dans l’air. Elles sont nécessairement de petite taille, ce qui est difficilement compatible avec ce qui vient d’être dit, car les récepteurs ne peuvent établir suffisamment de liaisons avec de petites molécules. Pour simplifier, disons que le substrat doit établir avec son récepteur un minimum de points de contact, faute de quoi la liaison n’est pas stable, donc non spécifique.

C’est donc la quadrature du cercle, une question d’autant plus cruciale que l’odorat joue un rôle essentiel dans les relations sociales, le plus souvent à notre insu. Nous avons tous conscience d’être attirés par un parfum agréable, mais nous ignorons être soumis, manipulés même, par des effluves que nous ne percevons pas. Ce sont en particulier les phéromones, c’est-à-dire des hormones volatiles émises par nos semblables qui conditionnent notre comportement social, en premier lieu nos relations sexuelles. Cela vaut pour tous les animaux, non pas seulement l’homme.

La solution : combiner plusieurs petites molécules. C’est ce que font les fabricants de parfums, en associant plusieurs fragrances. C’est aussi ce qui se passe dans la nature. Ces petites molécules agissent en synergie au niveau de leur récepteur par un mécanisme qui fait appel à des notions encore largement à explorer.

Venons à la vision

Comme pour tous les autres organes des sens, la vue fait appel à des récepteurs, à cette différence près que, ici, les récepteurs ne sont pas activés par des éléments matériels mais par la lumière.

La lumière est constituée de « grains » qui n’ont rien de matériel ; ce sont les photons, autrement dit des particules, au même titre que électrons, protons, neutrons, etc. Nous entrons donc là dans le domaine de la physique quantique, la science qui décrit les propriétés des particules.

L’apparition de la vue a été une révolution dans l’évolution des êtres vivants. Elle s’est produite il y a 500 millions d’années chez de petits organismes, les Dinoflagellés (2). Cet évènement, en l’occurrence la formation d’un récepteur de lumière, ne s’est produit qu’une seule fois dans l’histoire de la terre et il a été adopté, en suivant des voies diverses, par tous les êtres vivants qui en tirent bénéfice (3).

Le généticien suisse Walter Gehring, de Bâle, en a apporté la démonstration formelle. Il a montré que la construction de l’œil est sous un contrôle génétique unique, qui se retrouve chez des organismes aussi différents que les insectes et les vertébrés, homme compris, en dépit de très grandes différences dans la morphologie de l’œil et dans son mode de développement (4).

Le récepteur de lumière est la rhodopsine. C’est, une fois encore, une protéine complexe associée à une petite molécule, le rétinal. Dans ce cas, le rétinal, est associé au récepteur de façon permanente. La lumière, plus exactement l’absorption d’un photon, modifie la structure du rétinal, qui en retour active la rhodopsine. Cet ensemble rhodopsine/rétinal est la seule solution mise en place par les êtres vivants pour percevoir la lumière. Il a été universellement adopté passant des Dinoflagellés aux méduses puis aux autres organismes par différents processus de transmission (chose courante dans les premiers temps de la vie). Il procure un tel avantage sélectif que, fait unique, il s’est maintenu pendant 500 millions d’années pratiquement sans changement, simplement en se dupliquant et se diversifiant pour correspondre aux diverses longueurs d’onde de la lumière. Les différentes formes de rhodopsine ainsi formées sont désignées sous le terme général d’opsines. Toutes fonctionnent selon le même mécanisme.

Ce qu’il faut bien comprendre : le complexe rhodopsine/rétinal permet de déceler un photon, qui est une particule. Nous pouvons donc dire que nous sommes tous porteurs d’un détecteur de particules. 

Ceci n’est que le premier étage de la vision. L’activation de la rhodopsine ne fait qu’envoyer un signal au cerveau, via le nerf optique, et c’est le cerveau qui, à partir de ces signaux nerveux, crée les images, donc la vision.

Ce n’est encore pas tout, il s’en faut de beaucoup.

Ceux qui possèdent une bonne vue ont devant eux un champ de vision net, cela va de soi. En réalité, cela ne va pas du tout de soi, car seule une toute petite partie de la rétine, appelée la fovéa, procure une telle netteté, incluant formes et couleurs. Cela correspond à un champ qui ne dépasse pas la surface de l’ongle d’un pouce tendu à bout de bras. Notre vision nette devrait donc se limiter à cette minuscule portion de l’espace. Si, malgré tout, l’ensemble nous parait net, c’est que l’œil effectue des mouvements saccadés, plusieurs fois par seconde, dont nous n’avons pas conscience, qui couvrent l’espace devant nous. En quelque sorte, l’œil scanne l’espace sans que nous en ayons conscience, sans que ces mouvements nous soient perceptibles. Si notre champ de vision nous parait fixe, c’est que notre cerveau commande ces mouvements et en même temps les corrige.  Il ne corrige pas, naturellement, les mouvements qui s’effectuent indépendamment de lui, par exemple un objet qui se déplace dans notre champ de vision.

Comment tout cela est-il possible ? Comment le cerveau peut-il compenser les mouvements oculaires qu’il commande, sans altérer les autres ? La question fait l’objet d’études et dépasse le cadre de cet exposé. Pour ceux qui souhaitent aller plus loin, voir les articles suivants (en anglais) :

Pour les mouvement saccadés de l’œil : Assad, J.A., Updating views of visual updating, Nature, 2014, 507(7493):434-5

Comment le cerveau distingue les objets qui se déplacent dans le champ visuel en dépit des mouvements saccadé de l’œil : doi: 10.1038/s41586-022-05196-w. Epub 2022 Sep 14.

1. Schreibert, J. et al., Nature 2009, 323(5920):1503-6.
2. Les Dinoflagellés sont classés parmi les végétaux, mais en réalité rien de fondamental ne sépare animaux et plantes. Leur physiologie comme leur pathologie, c’est-à-dire leur réponse aux maladies, sont semblables.
3. Voir Lumni Sciences, La vue, un grand pas pour l’évolution.
4. Quiring, R. et al., Homology of the eyeless of Drosophila to the Small eye in mice and Aniridia in humans, Science, 1994, 265(5173):785-9.

Ce n’est pas la fin de l’histoire. Donc à bientôt pour la suite.