Cerebral neural correlates of differential melanopic photic stimulation in humans
Résumé
Contexte
On sait depuis plus d’un siècle que la rétine humaine comprend deux types de photorécepteurs, les cônes utiles pour la vision des détails et des couleurs en plein jour, et les bâtonnets pour la vision aux faibles éclairements. Or, au début des années 2000, un nouveau type de cellules sensibles à la lumière a été découvert, qui ne jouent pas de rôle pour l’observation de la scène visuelle, mais dont les signaux sont envoyés dans des régions du cerveau qui contrôlent des fonctions autres que visuelles, essentiellement le rythme circadien et le réflexe pupillaire, liées à la présence de lumière dans l’environnement.
Ainsi, l’apparition de lumière le matin déclenche le réveil, la nuit entraîne le sommeil, ainsi qu’un grand nombre de fonctions homéostatiques associées, le rythme cardiaque, la température du corps humain, etc.
Cet article a pour objet de localiser les régions du cerveau qui sont irriguées par les signaux originaires des ipRGC.
Méthodes
La sensibilité spectrale des ipRGC a été mesurée directement sur des rétines de primates (Dacey et al., 2005) ou indirectement par l’étude du réflexe pupillaire (Zaidi et al., 2007). Pratiquement, la sensibilité spectrale de l’ensemble ipRGC - globe oculaire culmine vers 490nm, mais elle s’étend sur une large gamme spectrale, recouvrant la sensibilité spectrale des autres photorécepteurs. De ce fait, il est impossible de stimuler exclusivement les ipRGC, sans recueillir aussi des réponses de cônes et de bâtonnets. En revanche, il est possible de créer une stimulation différentielle des ipRGCs, sans modifier le signal des cônes et des bâtonnets. Cette possibilité est donnée par la substitution de stimuli métamères. (Deux stimuli sont métamères s’ils apparaissent de la même couleur alors que leur répartition spectrale est différente.)
L’approche expérimentale exploite le cadre des « noirs métamères » proposé par Wyszecki et généralisée par Kelly (1992). L’idée est que tous les métamères génèrent les mêmes signaux dans les cônes – ou, ce qui revient au même, sont représentés par le même vecteur dans un espace colorimétrique – et que chacun d’eux est la somme d’un stimulus « métamère fondamental » unique et spécifique de la couleur, et d’un « noir métamère », invisible, puisqu’il ne modifie pas la couleur. En quelque sorte le noir métamère est un stimulus superflu, inexploitable par les cônes, mais qui pourrait stimuler des récepteurs de sensibilité spectrale différente de celle des cônes. Disposant d’un projecteur équipé de sept types de LED émettant en sept régions du spectre visible, nous avons calculé quelle combinaison de noirs métamères permettrait de stimuler le plus (High-Mel ou HM) ou le moins (Low-Mel ou LM) les ipRGCs (Viénot et al., 2012 ; 2014).
Quatorze participants ont subi un examen d’IRM fonctionnelle, regardant alternativement la lumière HM et la lumière LM présentée sur tout le champ visuel, la région fovéale exceptée..
L’expérience s’est trouvée compliquée du fait que chaque observateur présentait de légères variations de vision des couleurs et percevait des différences de couleur entre HM et LM. Des tests psychophysiques supplémentaires ont permis de personnaliser HM et LM. Des expériences complémentaires ont permis d’exclure toute participation des cônes.
Résultats
Le signal BOLD de l’IRM fait apparaître une suractivité dans le champ oculomoteur frontal binoculaire, en présence du stimulus HM. En outre, une activité bilatérale a aussi été trouvée au niveau du gyrus temporal inférieur et du noyau caudé.
Conclusion
Pour la première fois, cet article montre que la lumière captée par les ipRGC déclenche des signaux qui engagent des régions corticales identifiées et reconnues pour leur rôle dans l’attention et les mouvements des yeux.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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