La forme de la lumière change notre vision –

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  • La vision est un processus complexe qui a été déchiffré avec succès par de nombreuses disciplines – physique, biochimie, physiologie, neurologie, etc. -: la rétine capte la lumière, le nerf optique transmet des impulsions électriques au cerveau, ce qui génère finalement la perception d’une image. Bien que ce processus prenne un certain temps, des études récentes ont montré que la première étape de la vision, la perception de la lumière elle-même, est extrêmement rapide. Mais l’analyse de cette étape décisive a été réalisée sur des molécules en solution en laboratoire. Des scientifiques de l’Université de Genève (UNIGE), en collaboration avec l’EPFL et les Hôpitaux Universitaires de Genève (HUG), Suisse, ont reproduit l’expérience sur des souris, afin d’observer le traitement de la lumière par un organisme vivant dans toute sa complexité. Cette étude non invasive montre que l’énergie lumineuse seule ne définit pas la réponse de la rétine. Sa forme – courte ou longue – a également un impact sur le signal envoyé au cerveau pour former une image. Cette découverte, publiée dans la revue Science Advances, ouvre un nouveau champ de recherche sur la vision, le diagnostic et éventuellement de nouvelles possibilités curatives.

    Le mécanisme cellulaire de la vision a été étudié avec succès grâce à la collaboration de plusieurs disciplines. «Dans l’œil, le premier stade de la vision repose sur une petite molécule – la rétine – qui, au contact de la lumière, change de forme», explique Geoffrey Gaulier, chercheur au département de physique appliquée de la Faculté des sciences de l’UNIGE et premier auteur de l’étude. “Lorsque la rétine modifie sa forme géométrique, elle déclenche un mécanisme complexe qui se traduira par une impulsion nerveuse générée dans le nerf optique.”

    Ce processus prend un certain temps entre le moment où l’œil perçoit la lumière et le moment où le cerveau la décode. Les physiciens ont examiné la toute première molécule de la chaîne, la rétine, pour voir combien de temps il fallait pour changer de forme. Ils ont isolé cette molécule dans une cuvette et l’ont soumise à des impulsions laser pour tester sa vitesse de réaction. À leur grande surprise, la molécule a réagi en environ 50 femtosecondes! “A titre de comparaison, une femtoseconde contre une seconde équivaut à une seconde par rapport à l’âge de l’Univers”, souligne 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 demandé si cette vitesse pouvait être atteinte par la molécule seulement lorsqu’elle était isolée, ou si elle possédait la même vitesse dans un organisme vivant dans toute sa complexité.”

    L’intensité lumineuse et la forme définissent la sensibilité de l’œil

    Pour étudier en détail ce premier stade de la vision, les scientifiques ont fait appel à des biologistes, notamment Ivan Rodriguez et Pedro Herrera, respectivement professeurs des facultés des sciences et de médecine de l’UNIGE, qui ont placé une lentille de contact et réalisé 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 atteint la rétine, ils ont pu observer une tension électrique au niveau de la cornée, grâce à un amplificateur électronique. Et leurs résultats ont montré que cette étape s’est déroulée à la même vitesse extrême que lorsque la molécule est isolée!

    L’équipe a poursuivi l’étude en faisant varier la forme des impulsions au fil du temps. “On envoie toujours la même énergie, le même nombre de photons, mais on change la forme de l’impulsion lumineuse. Parfois l’impulsion est courte, parfois longue, parfois tranchée, etc.”, explique Geoffrey Gaulier. En effet, changer de forme ne devrait induire aucune variation de la réponse de la rétine, car jusqu’à présent on pensait que seul le nombre de photons captés par l’œil jouait un rôle. “Mais ce n’est pas le cas!” dit le chercheur basé à Genève. Ce résultat pourrait être expliqué à l’aide de simulations informatiques réalisées dans le groupe d’Ursula Röthlisberger de l’EPFL.

    Les scientifiques ont observé que l’œil ne réagissait pas de la même manière selon la forme de la lumière, même si l’énergie lumineuse était identique. «Nous avons également découvert que la réaction de l’œil différait selon l’ordre dans lequel les couleurs étaient variées, par exemple comme dans un arc-en-ciel temporel, même si elles se succèdent extrêmement rapidement», poursuit Jean-Pierre Wolf. Bref, la rétine estime qu’il y a plus ou moins de lumière selon la forme de la lumière, alors que l’énergie est similaire, et envoie donc un courant plus ou moins fort au cerveau en fonction de sa réponse.

    Cette découverte, réalisée dans le cadre d’un projet Sinergia du Fonds national suisse de la science (FNS), ouvre un nouveau champ de recherche sur la vision. «Maintenant que nous savons que la forme de la lumière joue un rôle dans la perception, nous pouvons utiliser ces nouvelles connaissances pour faire fonctionner l’œil autrement», propose Jean-Pierre Wolf. Des domaines d’investigation sur de nouvelles possibilités de diagnostic ou éventuellement de traitement des faiblesses oculaires peuvent maintenant être développés.

    Source de l’histoire:

    Matériaux fourni par Université de Genève. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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