Relation entre opsine et cerveau dans la detection couleurs

[Loupsio]

Bonjour,
En lisant un article sur les personnes tetrachromate (celui ci) je me suis reposé une question que je me posais quand on étudiait la vision a la fac, question pour laquelle je n'ai jamais eu de réponse,

Par quel mécanismes notre cerveau interprète le type cellulaire qui vient de transmettre la présence de telle ou telle couleur?

Certes la rhodopsine active la voie des protéines G, et abouti a une repolarisation (car la cellule au repos est constamment dépolarisé si je ne dis pas de bêtise, ces cours remontent à un petit temps maintenant)
et cette activation de la rhodopsine se fait selon 3 différentes opsines activables aux différentes longueurs d'ondes que l'on connaît (bleu rouge vert)

Cependant l'aboutissement de tout ca c'est un influx nerveux, qu'initialement il ait été déclenché par des cellules possédant la versions d'opsine qui détecte le bleu
ou des cellules qui possèdent l'opsine qui détecte le rouge
Comment le cerveau sait il quelle version de l'opsine possède la cellule qui vient d'envoyer ce signal electrique?

En d'autres termes, si on arrivait a prendre une cellule qui detecte le bleu, et changer l'opsine qu'elle exprime par celle qui détecte le vert, après une excitation par une lumière verte, est ce que le cerveau interpêterait cela comme du vert (puisque la cellule possède maintenant l'opsine pour le vert) ou est ce que le cerveau interpréterait cela comme du bleu (car il s'agit d'un influx nerveux issu d'une cellule initialement faite pour reconnaitre le bleu malgré qu'on lui ait changé d'opsine)

Car le cerveau ne perçoit rien d'autre qu'un signal electrique, peu importe l'opsine qui va etre responsable de la repolarisation et donc du changement de potentiel nerveux,
le signal électrique en lui meme est (il me semble) pas différent pour une couleur ou une autre puisque la suite de la chaine est la meme (protéine G, phosphodiesterases, cGMP->GMP, fermeture de canaux...)
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[GamGyn]

Bonjour,

La question se poserait si on avait une seule voie pour véhiculer l'information colorée. En réalité à chaque couleur ou nuance de couleur correspond un trajet neuronal avec un codage spécifique qui arrivent dans une colonne spécifique du cortex visuel. Donc quand ce trajet neuronal est actif, le cortex reçoit la bonne couleur comme info.

[Loupsio]

Salut GamGyn,
Merci de ta réponse,
Et cela m'amène donc a mes deux grandes questions, il y a des clusters de gènes pour chaque couleurs? car on distingue la perception des couleurs par les 3 opsines, mais je suppose que en réalité ce ne sont pas les seuls gènes impliqués sinon telle opsine ne serait pas spécifique de tel trajet neuronal, il faut une régulation plus importante, car il faut que l'opsine exprimée soit synchronisée avec le trajet neuronal,
car si dans le trajet neuronal certaines cellules exprimaient telle opsine et d'autres cellules exprimaient une autre opsine, on activera cette voie peu importe la couleur perçue

Et ultime questionnement, (dans la même ligne) dans le cas des tetrachromates, on dit qu'ils ont une quatrième opsine, mais ducoup si ils expriment une quatrième opsine mais que tout le reste est identique, cela veut dire que le changement de polarisation dû a cette opsine devrait déclencher une réponse dans l'une des trois voies actuelle et donc meme si elle percoit une quatrieme longueur d'onde, cela devrait etre interprété par le cerveau comme venant d'une des trois classique, ou alors il faut d'autres modification pour que le cerveau comprenne qu'il y a une quatrieme opsine et donc que ce signal est une quatrième couleur
Je ne vois pas comment le cerveau interpète que l'influx electrique vien d'une 4eme couleur si juste l'opsine a changé dans le génome, et qu'aucune autre modification n'est intervenue,

[GamGyn]

il y a des clusters de gènes pour chaque couleurs? car on distingue la perception des couleurs par les 3 opsines [...] il faut une régulation plus importante

Il n'y a pas de clusters de gènes et tu as raison, il faut un autre type de régulation pour expliquer la palette de couleurs perçues par rapport aux 3 opsines qui ne sont, en plus, pas très spécifiques à leurs longueur d'onde respectives.
En réalité, ce ne sont pas les photorecepteurs qui font le boulot, c'est à l'étage du dessous que ça se passe avec les cellules ganglionnaires et leur champ récepteurs sensibles à la couleur, voilà pourquoi je parlais de voies neuronales et de codage spécifique.

Les photorécepteurs ne servent qu'à capter la longueur d'onde associée à +/- de contraste (contraste lui-même modulé par les cellules horizontales. Ainsi on peut percevoir des couleurs qui ne possèdent pas de longueur d'onde, comme le marron qui est du jaune désaturé en lumière). Ce message sera envoyé à l'étage rétinien en dessous vers les cellules ganglionnaires. Dans le gestion des couleurs, on a identifié 3 réseaux de cellules ganglionnaires : celles qui gèrent les couleurs entre le bleu et le jaune, celles qui gèrent les couleurs entre le vert et le rouge (tu remarqueras qu'on a déja là toute la gamme du visible allant de 400 à 800 nm), et celles qui vont gérer la saturation en lumière (car une couleur ce n'est pas qu'une longueur d'onde).

Une lumière rouge vif va ainsi activer le cône "rouge", la saturation en lumière sera prise en compte à la fois par les bâtonnets, le cone rouge et les cellules horizontales. Cette information va être acheminée vers le petit réseau de cellules ganglionnaires rouge/vert qui va disséquer quelques caractéristiques de cette information, activant ainsi dans ce réseau le coté "rouge", inhibant le coté "vert" et activant le coté lumineux. Tu vois donc que pour une couleur il y a 3 types de cellules ganglionnaires qui vont envoyer des trains de potentiel d'action différents en direction des centres du cerveau. Ces 3 codages vont converger chacun vers une colonne spécifique du cortex visuel qui va se charger de l'intégration de cette information visuelle : X% de rouge + y% de vert + z% de lumière me donnera la sensation de rouge vif.

Comme tu peux le constater, pas besoin de cluster de gènes. Seuls les voies anatomiques et le codage de l'information suffisent à couvrir les longueurs visibles avec seulement 3 opsines.

Évidemment, je résume et les puristes me pardonneront de sauter et de condenser quelques étapes.

Et ultime questionnement, (dans la même ligne) dans le cas des tetrachromates, on dit qu'ils ont une quatrième opsine, mais ducoup si ils expriment une quatrième opsine mais que tout le reste est identique...

Le tetrachromatisme chez l'Homme (et notamment la femme) n'est que supposé et pas confirmé, et cela ne concernerait qu'une petite partie de la population. Mais si l'hypothèse est vraie cela ne changerait en rien le fonctionnement par rapport au trichromatisme. La maturation de la fonction visuelle se termine chez l'enfant entre 7 et 9 ans. Cela signifie que si l'enfant possède 4 pigments et un quatrième cône et qu'il a été stimulé convenablement dès son plus age, alors il aura un réseau neuronal supplémentaire qui devra trouver de la place dans des colonnes du cortex visuel qui devront se réorganiser sensiblement pendant la neurogénèse, mais rien de fondamentalement différent par rapport à un trichromate.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Loupsio]

Merci, réponse intéressante, je n'ai que quelques minutes, je relirais en détail dès que j'ai un peu de temps
juste réagir vite fait a ta dernière phrase,

Le tetrachromatisme chez l'Homme (et notamment la femme) n'est que supposé et pas confirmé

dans l'article mentionné plus haut ils disent justement qu'ils ont pu le confirmer : https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20884587

it has previously been speculated that these female carriers might be tetrachromatic, capable of discriminating spectral stimuli that are indistinguishable to the normal trichromat. However, the existing evidence is sparse and inconclusive. Here, we address the question using (a) a forced-choice version of the Rayleigh test, (b) a test using multidimensional scaling to reveal directly the dimensionality of the participants' color space, and (c) molecular genetic analyses to estimate the X-linked cone peak sensitivities of a selected sample of strong candidates for tetrachromacy. Our results suggest that most carriers of color anomaly do not exhibit four-dimensional color vision, and so we believe that anomalous trichromacy is unlikely to be maintained by an advantage to the carriers in discriminating colors. However, 1 of 24 obligate carriers of deuteranomaly exhibited tetrachromatic behavior on all our tests;

[GamGyn]

Je reste pour l'instant prudent sur le tetrachromatisme humain : un seul article publié sur le sujet en 2010 et rien depuis, ni sur pubmed, ni dans le congrès annuel sur la recherche en ophtalmologie (ARVO).

[Loupsio]

Merci pour tes réponses, je viens de relire a tête reposée

Comme tu peux le constater, pas besoin de cluster de gènes. Seuls les voies anatomiques et le codage de l'information suffisent à couvrir les longueurs visibles avec seulement 3 opsines.

Effectivement,
par contre je ne visualise toujours pas comment se fait le lien entre l'opsine et la cellule ganglionnaire associée pour éviter des erreurs du type :

Une lumière vert vif va ainsi activer le cône supposé "rouge" transcrivant en fait l'opsine verte, la saturation en lumière sera prise en compte à la fois par les bâtonnets, le cone rouge et les cellules horizontales. Cette information va être acheminée vers le petit réseau de cellules ganglionnaires rouge/vert qui va disséquer quelques caractéristiques de cette information, activant ainsi dans ce réseau le coté "rouge" a la place du vert , inhibant le coté "vert" et activant le coté lumineux.

Bien qu'on puisse supposer que la cellule ganglionnaire affecte la transcription du photorécépteur afin qu'il exprime la bonne opsine, mais je ne sais pas si c'est le cas. Car sinon pour peu que la perception du bleu soit lié au réseau rouge, les couleurs percues dépendraient de la proportion de cellules possédant la "bonne" opsine pour un réseau donnée
Mais dans tout les cas ca veut dire que l'arrivée d'une nouvelle opsine (que ca soit passer de trois à quatre opsines, oubien de deux opsines à trois, comme cela a du se produire au cours de l'évolution) n'est pas censé permettre ue modification de la percéption des couleurs




Par contre, si on met de coté les couleurs percues qui n'existent pas en longueur d'onde (comme le marron), malgré qu'on "percoivent tout le spectre 400-800" on ne voit pas toutes les couleurs du spectre 400-800 car au final si on perçoit (en longueur d'onde stricte, sans aller vers les modifications du a l'intensité) le rouge, le vert et le bleu, nous ne perçevons pas le jaune, mais les opsines vertes et rouges vont légèrement y être sensible et le cerveau interprète cela comme du jaune, ducoup avec une opsine détéctant spécifiquement la longueur d'onde du jaune on devrait le voir différemment de ce que l'on voit actuellement.
Mais l'arrivée de cette hypothétique opsine dans les photorécépteurs n'est finalement pas supposé changer quoi que ce soit si derrière nous n'avons pas le réseau neuronal pour, au niveau des cellules ganglionnaires.
Or le passage de la dichromatie à la trichromatie, à tout de même réussi à se faire, donc quand nous avons obtenu cette troisème opsine, il a bien fallu d'autres modifications génétique pour changer les cellules ganglionnaires et qu'elles comprennent qu'il y a eu une troisième opsine, que ce soit au niveau de photorécépteurs ou de cellules ganglionnaire, la physiologie a du s'adapter pour créer un réseau qui transmette cette nouvelle couleur
Modifications que la seule arrivée de la nouvelle opsine ne peut pas engendrer