Le est l'ensemble des organes participant à la perception visuelle humaine, des yeux au système sensori-moteur. Son rôle principal est de percevoir et d'interpréter deux images en deux dimensions pour obtenir une image en trois dimensions utilisable pour faire face aux besoins quotidiens.
Il fait partie du cerveau et est principalement constitué des yeux, des nerfs optiques, du chiasma optique, des , des corps géniculés latéraux dans le thalamus, des radiations optiques et des cortex visuels ainsi que des autres aires utilisées pour la vision.
Le système visuel humain, fruit de l’évolution, s'avère complexe. L’œil est une médiocre optique et la rétine est imparfaite : ainsi les informations transmises aux cortex visuels ne sont pas de bonne qualité et le cerveau doit faire un gros travail d’interprétation (en relation avec la mémoire, les autres sens et le contexte) pour arriver à une image riche et suffisamment fiable. Il y a deux voies principales (magno-cellulaire et parvo-cellulaire, décrites ci-après) allant de l’œil au cortex visuel, puis deux autres voies dans le cerveau qui produiront l’image qui sera vue consciemment.
La rétine fournit aussi des informations qui permettent de détecter le mouvement en périphérie ou d'alimenter l’horloge biologique circadienne (cycles jour-nuit) pour la synchronisation sur la clarté et l’obscurité. Enfin, le système visuel pilote le regard, les mouvements oculaires et la plus ou moins grande ouverture de la pupille.
Œil et nerf optique
alt=Schéma montrant les différentes parties d'un œil humain|left|vignette|Coupe simplifiée d'un œil humain
En première approximation, l'œil peut être assimilé à un appareil photographique. La lumière pénètre dans l'œil en étant diaphragmée par la pupille (avec contrôle par l'iris). Elle est déviée par la cornée et le cristallin puis projetée sur la rétine formant une image de l'espace environnant sur la rétine, en perspective conique inversée (haut-bas et droite-gauche) . En pratique, l’œil s'avère complexe et la rétine est de forme (très approximativement) sphérique et non pas plane : en conséquence, l’image est déformée sur la rétine, et plus encore sur les parties les plus éloignées du centre. Il s’agit d'aberrations géométriques, auxquelles s’ajoutent d’autres aberrations liées aux couleurs, les aberrations chromatiques. L’image obtenue sur la rétine est donc imparfaite, alors que la vision « apparaît nette, stable et continue. Comment peut-on bien voir avec une telle entrée visuelle ? ». vignette|left|alt=Deux yeux et deux fonds d'œil|Les deux fonds d'œil droit et gauche : ils montrent la surface de la rétine, ses vaisseaux sanguins, la macula, la tâche aveugle (appelée aussi papille optique).
Par ailleurs, la rétine contient un grand nombre de cellules « réceptrices » (cônes et bâtonnets principalement) qui permettent une transduction de l'information lumineuse en potentiels d'actions. L'image bénéficie d'un première analyse au sein même de la rétine en zones de contraste et le résultat de ce traitement est envoyé au reste du système visuel par le nerf optique , pp. 265 à 267..
Chez les humains, le système visuel est le seul système sensoriel à être directement lié au cerveau, depuis l’œil, ce qui est dû à la nécessité de traiter rapidement l'information visuelle, .
Le cerveau et le système visuel
Vu de l'extérieur, le cerveau apparaît divisé en 2 hémisphères qui traitent chacun les informations sensorielles et les actions motrices du côté opposé du corps (ainsi l'hémisphère droit s'occupe de la partie gauche du corps et inversement).
À la périphérie supérieure de chaque hémisphère, il y a une couche de matière grise qui est le cortex cérébral. Celui-ci est divisé en 4 lobes dans les 2 hémisphères : chaque lobe a un rôle particulier dans les processus mentaux et est divisé en aires fonctionnelles : ainsi le cortex visuel primaire est situé dans le lobe occipital. Enfin les 2 hémisphères communiquent entre eux (en particulier via le corps calleux).
Au-dessous du cerveau : le cervelet et le tronc cérébral (voir les schémas en encadrés). Ce dernier fait la liaison avec la moelle épinière et le reste du corps. Au-dessus du tronc cérébral, se trouve le thalamus où pratiquement chaque information sensorielle passe avant transmission au cortex.
Les nerfs optiques et les rétines sont des extensions du cerveau, (précisément du diencéphale) : les yeux constituent en réalité des excroissances du cerveau. Ainsi, le système visuel humain est le système sensoriel de l'être humain dédié à la vision et fait partie du système nerveux central. Il comprend : des récepteurs (les photorécepteurs de la rétine qui sont sensibles à la lumière), des voies nerveuses s'appuyant sur des neurones multipolaires faisant le lien avec le cerveau et les zones du cerveau dédiées à la vision.
Chiasma et tractus optique
Les nerfs optiques venant de chaque œil se rejoignent au niveau du chiasma optique, ce qui permet de redistribuer l'information visuelle selon qu'elle va dans la partie droite ou dans la partie gauche du champ visuel (chaque œil voit à gauche et à droite en même temps). L'hémichamp gauche de chaque rétine va dans l'hémisphère droit du cerveau et vice-versa (il y a une inversion).
La continuation des nerfs optiques après le chiasma s'appelle les (ou bandelettes optiques). Dans chaque hémisphère, le tractus optique distribue l'information visuelle à différents noyaux : le corps géniculé latéral Le corps géniculé latéral (anciennement « genouillé externe » ou bien « corps genouillé latéral ») est un noyau relais, situé au niveau du thalamus, qui permet le transfert de l'information des yeux vers le cortex visuel. On a cru pendant un certain temps que c'était le simple et unique relais de la perception visuelle. En fait, ce n'est pas le seul noyau recevant de l'information visuelle (voir plus haut) et l'information qu'il reçoit ne vient pas que des yeux., dans le thalamus, envoie l'information qui va être analysée dans le cortex visuel par les fibres nerveuses de la radiation optique de l'hémisphère concerné et utilise deux voies principales (présentées ci-après). Une lésion d'une radiation optique conduit à la perte partielle ou totale de la vision dans l'hémisphère concerné (une anopsie). C'est donc par cette voie que se fait la perception visuelle consciente. le noyau suprachiasmatique de l'hypothalamus. Ce noyau contient le principal site de l'horloge biologique interne : l'information sur la clarté ou l'obscurité permet de synchroniser les rythmes biologiques liés au cycle jour-nuit (l'éveil et le sommeil par exemple) ; le colliculus supérieur (programmation des saccades oculaires ; voir aussi, ci-après, la « vison aveugle») et le prétectum (stabilisation de l’image sur la rétine) ; le pulvinar qui jouerait un rôle important dans l'attention visuelle et la perception du mouvement.
Deux voies vers le cortex visuel Deux systèmes visuels transportent de l'information de la rétine vers le corps genouillé latéral puis au cortex visuel primaire.
la voie du système magno-cellulaire. Il est spécialisé dans trois types d'informations : le mouvement (on parle de « système analyseur de flux » visuel), la profondeur (liée à la vision 3D binoculaire) et la forme globale. Il retient les fréquences spatiales basses et mobilise les cellules de la rétine périphérique (qui sont également plus sensibles que les autres dans la pénombre). Cette voie se prolonge ensuite par la « voie visuelle dorsale », qui répartit les informations visuelles ainsi acquises à plusieurs structures corticales et sous-corticales qui lui sont fortement connectées (cortex temporal, pariétal, pré-frontal et frontal, cervelet, structures thalamiques mésencéphaliques et pontiques). la voie du système parvo-cellulaire (on parle de « système analyseur d’images »), qui véhicule les signaux permettant au cerveau de distinguer les couleurs et d'apprécier le détail des formes et des textures (fréquences spatiales hautes) ; cette voie mobilise les cellules du centre de la rétine. On a montré (sur le modèle animal) qu'à la naissance cette voie est moins mûre que celle du système analyseur de flux. Cependant, lors des premiers mois de vie, ces deux voies améliorent ensuite rapidement leur performance.
Les informations transportées séparément par ces deux systèmes sont ensuite recombinées par le cerveau (maladroitement les premières années de la vie) puis permettent la perception spatiotemporelle nécessaire à une planification de plus en plus sûre des actes.
Cortex visuel Le cortex visuel est le système le plus important en taille dans le cerveau humain et est responsable des traitements des images. Il effectue des traitements de bas niveau (orientation, contours) mais aussi de haut niveau (formes, mouvements).
Le traitement des informations visuelles par le cerveau Le traitement des informations visuelles fait travailler une grande proportion de notre cerveau. Pour certains primates, des estimations ont été faites et concluent que la moitié du cortex est concerné par ce traitement.
Une image initiale de mauvaise qualité, optimisée ensuite par le cerveau Ce qui est fourni au cerveau : deux images plates, inversées, peu colorées, floues en bonne partie.
Ci-dessus, la médiocrité optique de l’œil et les imperfections de la rétine ont été pointées alors que les images sont complexes, parfois ambiguës ou brouillées : tout ceci est a priori contradictoire avec un rendu de qualité (précision d'image et couleurs) et questionne à nouveau car ce qui est vu en final apparaît, malgré tout, de bonne qualité. On peut imaginer d'avoir une surface de fovéa plus grande ce qui améliorerait l'image fournie au cerveau. En pratique, ce n'est pas possible car le traitement des informations demanderait alors beaucoup plus de fibres nerveuses et d'espace dans le cerveau.
D'autre part, c'est la détection du contraste (distinguer les contours des objets) et du mouvement (distinguer alors ce qui est animé dans l'environnement) qui a été favorisée au cours de l'évolution, dans un but de survie. En 1955, David Hubel et Torsten Wiesel ont découvert que Au niveau de la rétine, les premiers traitements son donc déjà effectués et le cerveau reçoit des informations qui ne correspondent pas à une bonne qualité d'image, mais qui est déjà optimisée pour le traitement du contraste et du mouvement.
Les traitements visuels dans le cerveau vignette|upright=1.0|Triangle de KanizsaNous percevons un triangle blanc qui serait en avant de cercles noirs et d'un autre triangle, à partir d'indices sur les formes suggérées. L'aire V1 ne fait pas apparaître les lignes manquantes, c'est V2 qui les déduit, puis V1 et V2 harmonisent leurs résultats. L'information visuelle a des caractéristiques, appelées aussi « traits », en particulier : couleur, orientation, mouvement, contraste, fréquence spatiale, forme. Cette information accède à l'aire V1 (ou cortex visuel primaire) où ces caractéristiques sont alors extraites puis traitées plutôt séparément par des aires cérébrales plus spécialisées, par exemple : V4 (couleur), V5 (mouvement) . Toutes ces aires visuelles existent dans les deux hémisphères du cerveau.
Par ailleurs, L'information circule donc dans le cerveau de façon complexe et non directement de l’œil à la vision. De plus, certains traitements (processus cognitifs) trouvent leur origine dans l’œil (ils sont dits montants ou bottom-up), alors que d'autres traitements trouvent leur origine dans les connaissances (système cognitif : mémoire en particulier) et sont dits descendants (top-down). Les voies de la reconnaissance (quoi ?), de l'action (où ?) et de l'exploration visuelle vignette|upright=1.0|Les voies ventrale (quoi ?) et dorsale (où ?) du traitement des informations visuelles