TPE : Comment peut-on remplacer l’œil non-fonctionnel chez les patients atteints de la DMLA ?

Table des matières

A.       Remerciements

B.       L’œil

1. Le globe oculaire et la sclère. 2. Les muscles moteurs de l’œil 3. L’humeur vitrée 4. La pupille 5. L’iris

I.      Anatomie générale

1. La cornée 2. L’humeur aqueuse. 3. Le cristallin.

II.     La partie avant de l’œil

1. La choroïde. 2. La rétine.

III.   La partie arrière de l’œil là où l’image de l’objet se forme

1. La liaison rétine-cortex cérébral 2. Les deux grandes voies de traitement de l’information visuelle. 3. Des aires visuelles spécialisées.

IV.   L’analyse de l’image grâce au cerveau.

V.     Conclusion

C.       La DLMA

I.      La macula

II.     La conséquence de la DMLA sur la macula

III.   Les facteurs

IV.   Les symptômes

V.     Le dépistage au stade précoce

D.       Rétine artificielle

I.      Les personnes concernées

1. Les éléments constitutifs du dispositif.

II.     Le dispositif

2. Composition et structure de la rétine artificielle en elle-même.

III.   Le fonctionnement dispositif

IV.   Le rôle des différents éléments de la rétine artificielle

1. Le semi-conducteur, conducteur et isolant 27 2. L’effet photoélectrique

3. La biocompatibilité et la bio-stabilité.

V.     Biocompatibilité, bio-stabilité.

1........ Problème. 2........ Hypothèse. 3........ Expérience. 4........ Résultats. 5........ Interprétation. 6........ Conclusion. 7........ Critique de l’expérience.

VI.   Expérience.

1........ Résultat 2........ Pixellisation.

VII.  Conclusion.

E.        Bibliographie et sitographie.

A.   Remerciements

Nos remerciements vont à nos professeurs qui nous ont guidés, conseillés, encadrés et aidés pendant la préparation de notre TPE, à Madame D. atteinte de la DMLA, à Madame C., ophtalmologue-hospitalier, aux Messieurs T. A., professeur de physique-chimie au Lycée Marie Curie et H. A, étudiant en première année de médecine qui nous ont permis de certifier, d’enrichir nos sources et nos informations.

B.  L’œil

Avant d’évoquer la maladie de la DMLA, étudier l’œil est nécessaire. Tout d’abord, l’œil est l’organe récepteur de la vision.

I. Anatomie générale 

1.      Le globe oculaire et la sclère 

L’œil humain est un globe pratiquement sphérique de 25 mm de diamètre. Il est entouré à l’extérieur par une membrane résistante et protectric e appelée la sclère. Elle recouvre environ les cinq sixièmes de la surface de l’œil et elle lui donne sa couleur blanche et sa rigidité.

2.      Les muscles moteurs de l’œil

Ces muscles, au nombre de sept, assurent pour six d’entre eux la fixation et le mouvement du globe oculaire (muscles oculomoteurs) et le septième commande la paupière supérieure.

Le mouvement d’un œil entraîne automatiquement le même déplacement pour l’autre. Les mouvements oculaires sont associés. Cette conjugaison des deux yeux permet à la vision de reconnaître toutes distances et de voir en relief, c’est-à-dire en 3D.

3.      L’humeur vitrée

Elle occupe une grosse partie du volume de l’œil (soit 80%), c’est une gelée (acide hyaluronique) qui donne à l’œil sa consistance.

4.      La pupille 

Il s’agit d’une ouverture au centre de l’iris permettant de faire passer les rayons lumineux dans l’œil.

5.      L’iris (qui vient du grec iris qui veut dire arc-en-ciel) 

C’est un muscle qui fait varier l’ouverture de la pupille et donc la quantité de rayons lumineux qui rentrent dans l’œil. Cela permet donc d’éviter l’aveuglement au soleil (pupille presque fermée) ou de pouvoir capter le peu de rayons la nuit (pupille largement ouverte). La couleur de l’iris est due au pigment de la mélanine (c’est aussi le pigment qui est responsable de la couleur de la peau et des cheveux).

II. La partie avant de l’œil

Les rayons lumineux sont ensuite déviés par deux lentilles convergentes naturelles : la cornée et le cristallin. Ces rayons lumineux vont donc converger sur la rétine sur la partie arrière de l’œil.

1.      La cornée 

C’est la partie transparente de la sclérotique qui recouvre environ un cinquième de la surface de l’œil. Elle est située à l’avant de l’œil. La cornée est une membrane solide de 11 mm de diamètre. C’est par là que rentre la lumière à l’intérieur de l’œil. La cornée ne possède pas de vaisseaux sanguins (sinon notre vision ne serait pas nette), elle est donc nourrie par un liquide transparent fluide comme l’eau : l’humeur aqueuse. La cornée est la principale lentille de l’œil, elle assure environ 80 % de la réfraction.

2.       L’humeur aqueuse

La cornée contient 78 % d’eau et pour maintenir cette hydratation, elle est recouverte de larmes alimentées en continu par les glandes lacrymales et réparties par le battement des paupières. Elle a aussi pour but de donner à l’œil sa forme. 

3.       Le cristallin 

            C’est une lentille auxiliaire molle située derrière l’iris. Il est formé d’un millier de fines couches de cellules empilées sur 4 mm. Le cristallin n’est ni innervé ni vascularisé ce qui explique sa transparence. Le cristallin est un organe déformable, contrairement à la cornée. La forme de celui-ci se modifie par l’action du muscle ciliaire en fonction de la position de l’objet à observer (plus ou moins éloigné). Le cristallin assure la mise au point : c’est l’accommodation. Tout comme la cornée, il a pour but de diriger les rayons lumineux vers la rétine où l’image de l’objet se forme.

III. La partie arrière de l’œil là où l’image de l’objet se forme

1.       La choroïde

            C’est l’une des couches de la paroi du globe oculaire, située entre la sclérotique à l’extérieur et la rétine à l’intérieur. C’est une couche vasculaire qui couvre les trois cinquièmes de l’arrière du globe oculaire et qui assure la nutrition en oxygène et en nutriment de l’iris et des photorécepteurs rétiniens. Sa structure garantit l’absorption des rayons lumineux inutiles pour la vision. Elle permet de créer une chambre noire pour que les rayons lumineux ne rebondissent pas dans l’œil : sans cela, chaque rayon se réfléchirait et arriverait à plusieurs endroits et l’image formée serait floue.

La membrane de Bruch est la couche la plus interne de la choroïde.

Le contact entre la rétine et la choroïde se fait grâce à un tissu appelé épithélium pigmentaire rétinien.

< La partie arrière de l’œil en détail 

2.      La rétine

a)   La structure de la rétine

            La rétine est une membrane située sur la choroïde. Elle est constituée de cellules nerveuses (ou neurones) connectées les unes aux autres et formant un réseau complexe.

            Un neurone type est constitué d’un corps cellulaire et de prolongements cytoplasmiques : dendrites et axone. Il comprend une zone réceptrice (dendrites et corps cellulaire) qui reçoit les messages issus d’autres neurones et une région émettrice où le message est élaboré (à la base de l’axone), puis conduit vers d’autres neurones (extrémité de l’axone : synapse).     

            La rétine est constituée de trois couches de cellules nerveuses :

- la couche la plus éloignée du cristallin est celle des cellules photoréceptrices : ce sont les seuls neurones de la rétine excitables par la lumière. C’est dans ces neurones sensoriels que naît le message nerveux. Leurs axones sont en contact avec les cellules nerveuses bipolaires ;

- la couche moyenne est constituée de cellules nerveuses bipolaires (dont les axones sont en rapport avec les dendrites et les corps cellulaires des cellules nerveuses multipolaires) ;

- la couche la plus interne est celle des cellules nerveuses multipolaires (ou cellules ganglionnaires) dont les axones constituent les fibres du nerf optique.

On différencie un neurone multipolaire d’un neurone bipolaire par son nombre de neurites. Une neurite est le prolongement du corps cellulaire d’un neurone, autrement dit soit un axone soit une dendrite. Un neurone bipolaire comprend 2 neurites tandis qu’un neurone multipolaire comprend 3 ou plus neurites. Un neurone multipolaire pourra alors capter beaucoup plus de messages nerveux qu’un neurone bipolaire.

 

            La lumière doit donc traverser deux couches avant d’atteindre les cellules réceptrices et les stimuler. Le message nerveux qui naît de cette simulation se propage alors en sens inverse, de la couche des cellules photoréceptrices vers les neurones multipolaires

b)    Les cellules photoréceptrices

            b1. Organisation

            Il existe deux types de cellules photoréceptrices qui diffèrent par leur segment externe : elles sont soit en forme de cône, soit en forme de bâtonnet d’où la distinction des deux types de cellules photoréceptrices, les cônes (5 à 7 millions) et les bâtonnets (environ 130 millions).

            C’est dans le segment externe, dans les disques, que l’on trouve les pigments qui ont la propriété d’absorber les radiations lumineuses. Cette absorption est à l’origine d’un processus complexe qui aboutit à la naissance d’un message nerveux.

La rétine contient quelques zones particulières de par la répartition des photorécepteurs sur celle-ci:         

• la macula : région centrale de la rétine, située proche de l’axe optique. Elle contient une majorité de cônes ;
• la fovéa : région centrale de la macula où se concentrent les cônes. Cette région forme une petite dépression au centre de la rétine où l’acuité visuelle est à son maximum ;
• la papille : région d’émergence du nerf optique (le nerf optique est constitué des axones des neurones multipolaires) et dépourvue de photorécepteurs.

La densité des photorécepteurs par mm² en fonction de l’excentricité en degrés par rapport à la fovéa

b2. Le fonctionnement des cellules photoréceptrices en faible éclairement

Seuls les bâtonnets sont fonctionnels en faible éclairement. Le grand nombre de disques de leur segment externe et les propriétés de leur pigment, la rhodopsine, les rendent 1000 fois plus sensibles à la lumière que les cônes.

La rétine périphérique, riche en bâtonnets, est donc la rétine fonctionnelle en faible éclairement.

En faible éclairement, la perception des couleurs est impossible, car les bâtonnets contiennent tous le même pigment, la rhodopsine. Tous les bâtonnets stimulés répondent donc de la même façon aux mêmes longueurs d’onde :

Par exemple, pour une intensité lumineuse donnée, la réponse d’un bâtonnet (le message nerveux), qui dépend du nombre de photons absorbés, est exactement la même pour une radiation de longueur d’onde de 450 nm (bleu-violet) que pour une longueur d’onde de 540 nm (vert-jaune) : il n’y a donc pas de discrimination des couleurs. Les bâtonnets n’ont pas pour fonction de différencier les couleurs mais pour distinguer des formes, des objets.

En revanche on note que lorsque les conditions d’éclairage deviennent plus faibles les éléments qui étaient bleu/vert dans les conditions normales d’éclairage deviennent plus lumineux que les autres éléments. Cela s’explique par le fait que le pic d’absorption maximale des bâtonnets (498 nm) se situe dans la partie bleue du spectre des lumières visibles.

En conclusion, en fonction de la longueur d’onde lumineuse, la réponse des bâtonnets sera toujours le même type de signal mais d’intensité différente. En quelque sorte, avec les bâtonnets, nous voyons en noir et blanc avec des nuances de gris.

b3. Le fonctionnement des cellules photoréceptrices en fort éclairement

Seuls les cônes sont fonctionnels en fort éclairement. Il existe trois types de cônes qui diffèrent par leur pigment et donc par des spectres d’absorption différents :

• les « cônes bleus » présentent une absorption maximale des photons à 437 nm, c’est-à-dire à des longueurs d’ondes situées dans le bleu-violet (pigment S [small]) ;
• les « cônes verts » présentent une absorption maximale des photons à 533 nm, c’est-à-dire à des longueurs d’onde situées dans le vert (pigment M [middle]) ;
• les « cônes rouges » présentent une absorption maximale des photons à 564 nm, c’est-à-dire à des longueurs d’ondes situées dans le jaune-rouge (pigment L [long]).

            Ces 3 pigments sont des opsines. Ils diffèrent d’un type de cône à l’autre.

            Sur ce graphique nous pouvons voir les spectres d’absorption des trois types de cônes (bleu, vert, rouge). Nous constatons que ces spectres se superposent partiellement : une lumière colorée donnée est donc plus ou moins absorbée par plusieurs types de cônes. Par exemple, si des cônes rouges et verts sont stimulés simultanément, nous percevrons une couleur jaune ou orange selon la population de cônes la plus fortement stimulée.

b4. Récapitulatif

Les bâtonnets : - ils sont extrêmement sensibles à la lumière mais en revanche, ils ne fournissent pas une image nette des objets ; - ils permettent une vision en noir et blanc ou plus exactement en nuances de gris ; -ils ne fonctionnent qu’en faible éclairement (une lumière forte les sature, c’est-à-dire rend leur pigment insensible à la lumière).

Les cônes : - ils ne fonctionnent que si la luminosité est suffisamment importante (seuil des cônes); - ils permettent alors une vision précise d’une part, colorée d’autre part ; -ils sont donc spécialisés pour une bonne acuité visuelle au détriment de la sensibilité.

c)    Acuité visuelle

La discrimination des détails est imparfaite à la périphérie de la rétine car, dans cette région, des centaines de cellules réceptrices (surtout des bâtonnets) sont reliées à une seule cellule bipolaire et plusieurs cellules bipolaires à une seule cellule multipolaire. L’acuité visuelle est beaucoup plus importante en vision centrale (au niveau de la fovéa) où chaque photorécepteur (cônes) est relié à un neurone bipolaire qui lui est relié à un seul neurone multipolaire :

• à la fovéa : une cellule photoréceptrice (cône) → une cellule bipolaire → une cellule multipolaire.
• à proximité de la fovéa (la macula) : dix cellule photoréceptrice (cône) → cinq cellule bipolaire → une cellule multipolaire.
• à la périphérie de la rétine : 200 cellule photoréceptrice (cône) → 10 cellule bipolaire → une cellule multipolaire.

d)    La transmission du message nerveux

            Les photorécepteurs (cônes et bâtonnets) sont des neurones dont la spécialité est la réception des rayons lumineux (photons). Ils réceptionnent ceux-ci grâce à des pigments photosensibles, appelés opsines, situés dans leur segment externe (ou dendrite). Lorsqu’un photon arrive sur un pigment photosensible, cela entraîne des réactions photochimiques ce qui modifie les propriétés électriques de la cellule photoréceptrice et donne de ce fait naissance à un message nerveux électrique qui va cheminer le long de l’axone de la cellule photoréceptrice concernée et qui va être transmis aux cellules bipolaires au niveau des synapses.

L’énergie lumineuse est convertie en énergie électrique : c’est la conversion photo-électrique. 

Ensuite les messages nerveux créés vont aller des cellules bipolaires vers les cellules multipolaires. Ils vont ensuite cheminés le long des axones de ces derniers pour arriver au nerf optique et être enfin envoyer au cerveau qui va traiter ces messages.

            Qu’est-ce que la transmission synaptique ?

Dans le corps humain, les échanges d’informations entre les neurones sont effectués par des synapses qui font le contact entre ces derniers.

La synapse est constituée de trois parties :

• l’élément pré-synaptique qui est un prolongement du neurone (prolongement de l’axone). Il est formé d’un bombement nommé le bouton synaptique, ce dernier renferme des vésicules contenant des neurotransmetteurs qui sont fabriqués sur place ;
• l’élément post-synaptique dont la membrane est pourvu de récepteurs spécifiques pour recevoir ces neurotransmetteurs et donc permettre la transmission du message nerveux ;
• l’élément inter-synaptique, ou la fente synaptique, qui est un petit espace qui sépare les deux éléments pré et post-synaptique, sa taille est de l’ordre des dizaines de nanomètres.

Lorsqu’un signal nerveux est communiqué dans un neurone, il voyage sous la forme d’un potentiel d’action. Lorsqu’il arrive à l’élément pré-synaptique, l’information portée par le signal change de nature et franchit l’élément inter-synaptique grâce aux neurotransmetteurs. Ces derniers ont pu se libérer grâce à l’arrivée de l’information (potentiel d’action) qui a éclaté les vésicules : c’est l’exocytose. Plus il y aura de potentiels d’action qui arriveront dans le neurone pré-synaptique, plus l’exocytose sera importante.

Une fois qu’ils ont franchi la fente pré-synaptique, les neurotransmetteurs se fixent sur les récepteurs de l’élément post-synaptique. Plus il y en aura de fixés, plus la stimulation dans le neurone qui reçoit le message nerveux sera forte et donc son activité importante.

IV.             L’analyse de l’image grâce au cerveau 

1.      La liaison rétine-cortex cérébral 

La perception visuelle ne naît pas au niveau de la rétine. Celle-ci transforme l’image en messages nerveux qui sont ensuite acheminés jusqu’au cortex cérébral. La perception visuelle résulte de l’interprétation de ces messages par le cortex.

Les messages issus de la rétine arrivent dans une zone précise du cerveau, située dans le lobe occipital, appelée cortex visuel primaire ou aire visuelle primaire.

Les messages issus d’une région précise de la rétine arrivent aussi en une région précise du cortex visuel. Il existe donc une représentation corticale de la rétine, mais elle est déformée. En effet, la zone du cortex visuel primaire qui traite les messages issus de la fovéa est surreprésentée par rapport à la zone de ce cortex qui traite les messages issus du reste de la rétine. Cela est en rapport avec le fait que la fovéa est la région de la rétine permettant l’analyse de l’image la plus précise.

En raison du croisement des fibres nasales des deux nerfs optiques, le cortex visuel droit traite des messages venant du champ visuel de l’oïl gauche et vice versa.

2.      Les deux grandes voies de traitement de l’information visuelle

            Le traitement des informations visuelles fournies par le cortex visuel primaire s’effectue selon deux grandes voies : la voie ventrale (ou occipito-temporale) et la voie dorsale :

• la voie ventrale est spécialisée dans le traitement de la forme et plus généralement des caractéristiques physiques des objets ; cette voie intervient dans l’identification ;
• la voie dorsale est engagée dans la localisation des objets et leur analyse dans l’espace (analyse du mouvement). Elle intervient dans l’envoi des commandes motrices permettant de manipuler les objets ;

3. Des aires visuelles spécialisées

Le traitement de l’information visuelle ne se fait pas globalement, mais nécessite la coopération des aires visuelles spécialisées.

Par exemple, sur la voie ventrale dans le lobe occipital, l’aire V4, très proche de l’aire visuelle primaire, est spécialisée dans la reconnaissance des couleurs. Les patients chez qui cette aire est détruite, décrivent leur environnement comme terne, formé seulement de nuances de gris. Ils restent toujours capables de percevoir la forme des objets, de les identifier. Pourtant leur rétine est normale et ils possèdent les trois types de cônes.

Dans le lobe temporal (voie ventrale), il y a des aires spécialisées dans la reconnaissance des objets, des mots écrits, des visages, des éléments de l’environnement (paysages, bâtiments ...).

            Le cerveau construit une représentation visuelle du monde grâce à de nombreuses aires visuelles spécialisées fonctionnant en parallèle. Néanmoins, notre expérience de tous les jours indique que chaque scène visuelle est perçue comme un tout. Cela est lié au fait que toutes ces aires sont interconnectées et en liaison avec des aires intégratives situées notamment dans le cortex frontal, d’où résulte une vision unifiée.

V. Conclusion 

            L’œil doit d’abord avoir une image de l’objet observé parfaitement au point sur la rétine, ce qui nécessite un système optique sophistiqué (composé de la cornée, du cristallin et de l’iris). Ensuite, le système nerveux (photorécepteurs, cellules bipolaires et multipolaires) doit transmettre fidèlement cette image depuis l’œil jusqu’au cerveau. Enfin, ce dernier doit interpréter les données nerveuses reçus pour faire naître la perception visuelle.

C. La DLMA

La Dégénérescence Maculaire Liée à l’Âge est une maladie dégénérative de la rétine qui évolue petit à petit et qui débute après l’âge de 50 ans. Elle entraîne une perte progressive de la vision centrale mais une vision latérale intacte.

I.                   La macula 

La DMLA touche la région maculaire. La macula occupe la partie centrale de la rétine (elle a un diamètre de 2 mm environ) située directement dans l’axe optique. Elle assure la vision centrale : en effet, c’est sur elle que va se former l’image. Elle transmet 90 % de l’information visuelle traitée par le cerveau. Elle est très riche en cellules visuelles responsables de l’acuité visuelle (perception des détails fins) et de la vision des couleurs car elle possède une concentration maximale de cônes. Elle contient en son centre la fovéa, entièrement composée de cônes serrés les uns contre les autres ; celle-ci est la zone d’acuité maximale de l’œil, c’est-à-dire celle qui donne la vision la plus précise.

< Position de la macula dans l’oïl

II.                La conséquence de la DMLA sur la macula

La DMLA est une maladie entrainant des lésions progressives de la macula.

            Au fur et à mesure que l’œil vieillit, des débris de l’épithélium pigmentaire rétinien (EPR) et des tissus voisins s’accumulent au-dessus et dans la membrane de Bruch et forment des dépôts appelés Drusen. La présence de Drusen constitue le plus souvent le premier signe d’une DMLA sèche précoce, appelée également DMLA atrophique.

< Accumulation de Drusen au niveau de la membrane de Bruch

A mesure que les Drusen s’accumulent, le risque d’inflammation augmente. Des cellules inflammatoires sont alors recrutées par la rétine. Ces cellules ainsi que l’EPR vont alors libérer des facteurs de croissance provoquant le développement de vaisseaux sanguins. Le principal facteur de croissance libéré est le VEGF (Vascular endothelial growth factor ou facteur de croissance de l’endothélium vasculaire). 

< Libération des facteurs de croissance

Le VEGF, qui est une protéine, va stimuler le développement de néovaisseaux. On appelle ce processus  l’angiogenèse. Les néovaisseaux se développent à l’intérieur et au travers de la membrane de Bruch qui est alors affaiblie. 

< Développement de néovaisseaux (Angiogenèse)

La DMLA évolue et passe de la forme sèche à la forme appelée DMLA humide ou DMLA exsudative qui est plus grave. Ces néovaisseaux anormalement fragiles se développent et leur étanchéité diminue ce qui laisse échapper du liquide et du sang qui s’infiltrent dans la macula. Le liquide s’accumule entre la membrane de Bruch et la couche des photorécepteurs et endommagent les structures nerveuses utiles à la vision. Sans traitement, les saignements peuvent causer la cicatrisation de la macula et une perte de vision qui peut être définitive.

< Accumulation de liquide et endommagement des photorécepteurs

III.             Les facteurs

               L’âge, le tabac et la prise de médicaments liés à l’alimentation sont les facteurs de risque de la DMLA. Le tabac augmente le risque de développement de la DMLA chez les personnes concernées : ce risque existe jusqu’à 20 ans après l’arrêt du tabac. Les sujets fumant plus de 20 cigarettes par jour ont un risque de DMLA multiplié par 2,5. Mais des personnes, qui n’ont jamais fumé, peuvent aussi être atteintes de DMLA. La prise de nombreux médicaments (dont le but est de compléter l’alimentation)  est aussi un facteur de risque de la DMLA. En effet ces médicaments sont riches en Omega 3 (poisson), pigments caroténoïdes (légumes verts) et micro nutriments antioxydants (vitamine E et C) qui s’opposent aux réactions d’oxydations et entre dans le développement de la DMLA. D’autres facteurs de risque comme l’hérédité, l’exposition à la lumière, la couleur des yeux, l’hypertension artérielle, l’obésité sont possibles mais ne sont pas encore prouvés.

IV.             Les symptômes 

Les premiers signes de la maladie sont discrets et négligés avant qu’apparaissent des symptômes caractéristiques du stade le plus avancé comme l’apparition d’une tache au centre du champ de vision et une baisse de l’acuité visuelle. Les signes sont les suivants :

- la diminution de l’acuité visuelle : la personne peut ressentir des difficultés à percevoir les détails.
- la diminution de la sensibilité aux contrastes : la personne peut avoir l’impression de manquer de lumière pour lire ou écrire. Les images peuvent paraître aussi plus jaunie ou ternes.
	- la déformation des lignes droites : la personne peut percevoir les lignes droites ondulées ou déformées.
- l’apparition d’une tache sombre au centre de sa vision : cette tache grise ou noire est appelée scotome et gêne pour distinguer les éléments de la vie courante.

            Les deux yeux ne sont pas forcément atteints. L’atteinte du deuxième œil est variable selon les personnes : il peut être atteint rapidement après, un an plus tard, 10 ans plus tard ou même jamais. Si le patient a une DMLA exsudative à un œil, il risque néanmoins d’en avoir à l’autre œil.                                                    

V.                Le dépistage au stade précoce

Les transformations de la macula peuvent être découvertes à un stade précoce. Le dépistage est essentiel, pour toutes formes de DMLA. Seul un ophtalmologiste peut poser le diagnostic de la DMLA qui consiste à :

- mesurer l’acuité visuelle de près et de loin

- contrôler la vue pour évaluer la qualité de sa vision centrale : la grille d’Amsler est un test simple permettant de détecter les premiers symptômes de la DMLA mais il ne remplace pas l’examen du fond de l’œil.

! Le test d’Amsler

- faire un examen du fond d’œil qui permet de mettre en évidence des anomalies caractéristiques d’une DMLA.

Suivant la forme de DMLA dépistée, d’autres examens complémentaires peuvent être prescrits pour confirmer le diagnostic, comme :

-  l’angiographie qui consiste à photographier les vaisseaux de la rétine après injection intraveineuse d’un colorant fluorescent. On peut alors voir les vaisseaux et le tissu de la rétine.

< Angiographie de la rétine

-          l’OCT (Tomographie en Cohérence Optique) pour réaliser des images en coupe de tissus,

avec une résolution de quelques microns.

< OCT d’une rétine seine

                                        

D.   Rétine artificielle

Les personnes aveugles qui sont atteintes de la DMLA peuvent se faire implanter une rétine artificielle.

I.                   Les personnes concernées

            La rétine artificielle est destinée aux personnes aveugles dont les cellules photoréceptrices sont endommagées mais chez lesquelles les cellules bipolaires et multipolaires restent fonctionnelles. C’est le cas des patients atteints de dégénérescence maculaire liée à l’âge. En effet comme on l’a vu précédemment, les photorécepteurs chez ces personnes, deviennent défaillants mais le réseau de neurones interne, c’est à dire les cellules bipolaires et multipolaires de la rétine reste intact en partie même si il y a un petit remodelage de la structure de l’œil du fait de la maladie.

II.                Le dispositif

1.      Les éléments constitutifs du dispositif

            Le système de prothèse rétinienne est composé de :

- l’implant de 3x3 mm, fixé sur la macula, qui correspond à 1500 photodiodes qui indiquent le nombre de pixels (1500 pixels). La rétine artificielle peut être plane avec une forme circulaire, elliptique ou courbé car elle doit être adapté aux courbes de l’œil ;

- le câble qui fait la liaison entre l’implant et le boîtier ;

-   le boîtier, situé sous la peau derrière l’oreille. Il permet l’alimentation en énergie et le contrôle des amplificateurs.

< Le câble et l’implant avec un zoom sur les photodiodes

< Le boitier et sa position

La rétine artificielle est sous-rétinienne, c’est-à-dire qu’elle est située au contact des photorécepteurs (entre les photorécepteurs et les cellules bipolaires).

2.      Composition et structure de la rétine artificielle en elle-même

            La rétine artificielle est composée d’un substrat et de deux couches distinctes.      

a)   Le substrat

            Le substrat sert de support à la première couche et à la deuxième couche de la rétine artificielle. Il en existe plusieurs types. Tout d’abord il peut être opaque, comme les substrats en polyimide. Il présente l’avantage de limiter les réflexions à l’intérieur du globe oculaire et donc d’éviter une possible dégradation de l’image. Il peut être aussi transparent comme les substrats en diamant qui présence l’avantage d’avoir une bonne résistance mécanique, une bonne isolation électrique et une bonne biocompatibilité. Un substrat peut aussi être également composé de plusieurs matériaux : par exemple un substrat peut avoir une couche de diamant, qui lui permettant d’avoir les avantages cités ci-dessus, et une couche de polyimide pour l’opacifier.

b)   La première couche

            La première couche est placée sur le substrat : il comprend des parties en matériau photovoltaïque séparées par une partie en matériau isolant. La première couche a généralement une épaisseur comprise entre 500 nm et 10 μm.

b1. Les parties en matériau photovoltaïque

            Le matériau photovoltaïque de la rétine artificielle est un semi-conducteur : le silicium. Les largeurs et les longueurs des parties en matériau photovoltaïque sont comprises entre 10 μm et 300 μm, (généralement entre 20 μm et 200 μm).

b2. Le matériau isolant.

            Le matériau isolant de la première couche est un matériau isolant qui doit être compatible avec le substrat, les parties en matériau photovoltaïque et la deuxième couche, notamment pour diminuer les tensions d’interface. Le matériau isolant peut notamment être du diamant isolant, de la céramique ou de polymère isolant (comme un polyimide ou une résine en époxyde ou en silicone). Les parties en matériau isolant et en matériau photovoltaïque de la première couche ont la même épaisseur, c’est-à-dire, comprise entre 10 μm et 300 μm (généralement entre 20 μm et 200 μm).

c)    La deuxième couche

            La deuxième couche d’une épaisseur de 0,5 à 20 nm (généralement de 2 à 5 nm) comprend des parties en matériau conducteur séparées par une partie en matériau isolant.     

c1. Le matériau conducteur

            Le matériau conducteur est un matériau conducteur compatible avec la première couche, qui permet notamment de diminuer les tensions d’interface entre la première et la deuxième couche. Le matériau conducteur est un métal comme l’or qui est utilisé comme le matériau conducteur. Les largeurs et longueurs des parties en matériau conducteur sont comprises entre 10 μm et 50 μm (généralement, entre 20 μm et 30 μm).

c2. Le matériau isolant

            Le matériau isolant de la deuxième couche est un matériau isolant compatible avec les parties en matériau conducteur et la première couche notamment en permettant de diminuer également les tensions d’interface. Il peut être du diamant isolant ou un polymère isolant. Le matériau isolant des première et deuxième couche est souvent le même, ce qui simplifie la préparation de la rétine artificielle.

d)   La possibilité d’une troisième couche

            La rétine artificielle peut comporter une troisième couche disposée sur la deuxième couche et qui comprend un matériau aidant l’adhésion avec les cellules. Par exemple, la rétine peut comporter une couche de poly-lysine, d’éléments de la matrice extracellulaire (laminines, collagènes, fibronectine, vitronectine), ou de cell-tak™ (protéines polyphénoliques). Cette troisième couche n’est pas obligatoire car la rétine établit normalement un contact stable avec les tissus rétiniens.

e)    L’organisation des différentes couches

            Pour que la rétine artificielle permette au patient, chez qui elle est implantée, de distinguer une image partielle, il faut que la rétine soit structurée en plusieurs pixels.

            Cette pixellisation est obtenue grâce à la structure des couches : les parties en matériau photovoltaïque et les parties en matériau conducteur de la rétine artificielle sont superposées les unes aux autres. Avec une coupe verticale de la rétine artificielle, nous devrions voir le substrat, au-dessus la première partie, composée de matériau photovoltaïque, puis au-dessus encore la deuxième partie composée de matériau conducteur et au-dessus troisième couche éventuellement.

            Chaque sous-ensemble substrat - partie en matériau photovoltaïque - partie en matériau conducteur constitue un pixel. La rétine artificielle comporte autant de pixels que de sous-ensembles. La rétine comprend donc autant de parties en matériau conducteur que de parties en matériau photovoltaïque. En effet, chaque pixel est isolé électriquement des autres pixels par les parties en matériau isolant pour permettre à certains sous-ensembles de transformer la lumière en signal électrique et à d’autres non pour former une image pixélisé en noir et blanc. De plus, la partie en matériau conducteur est de surface inférieure à celle de la partie en matériau photovoltaïque située en dessous, pour concentrer les charges émises vers un seul neurone ou un petit groupe de neurones.

III.              Le fonctionnement dispositif

	Un obstacle apparait devant le patient.

La lumière réfléchit par la porte rentre dans l’œil, traverse la cornée, l’iris, le cristallin en suivant l’axe optique et parvient au niveau des photorécepteurs, où la rétine artificielle est implantée, et donc au niveau du substrat

Cette lumière arrive donc dans la première couche. Dans les parties en matériau photovoltaïque de cette première, le silicium est activé par les données lumineuses, c’est-à-dire qu’il est soumis à un rayonnement de photons : des charges positives sont alors générées. Ces charges seront amplifiées par le boitier, c’est-à-dire que les signaux électriques générés seront plus important que ceux produit par le silicium seul. Cela va permettre au patient de mieux distinguer les contrastes noir et blanc par exemple si les images sont en basse lumière.

Ces charges photogénérées positives vont alors créer un courant électrique mais elles possèdent un fort pouvoir oxydant et sont susceptibles de dégrader les neurones au contact. C’est pourquoi la rétine a besoin d’une deuxième couche. Au niveau de l’interface entre les parties en matériau conducteur de la deuxième couche et les parties en matériau photovoltaïque de la première couche, l’interface silicium/or joue le rôle d’une barrière de Schottky et empêche le transfert des charges positives aux neurones en contact avec la rétine artificielle. La barrière Schottky apparait lorsqu’un métal est mis au contact d’un semi-conducteur, les électrons passent soit du métal au semi-conducteur ou l’inverse mais cela crée une différence de potentiel qui empêche plus d’électrons de passer. La deuxième couche de la rétine artificielle permet donc d’éviter la dégradation des neurones par les charges positives.

L’ensemble des sous-ensembles substrat - partie en matériau photovoltaïque - partie en matériau conducteur activés par les données lumineuses permet de transmettre vers chaque neurone lié ou chaque petit groupe de neurones rétiniens sollicités les charges électriques suffisantes pour stimuler les cellules restantes de la rétine et transmettre les informations électriques le long du nerf optique au cerveau.

L’image partielle de la porte apparait dans le cerveau du patient.

IV.             Le rôle des différents éléments de la rétine artificielle 

Nous allons étudier son fonctionnement et notamment à la conversion du signal lumineux en signal électrique, réalisée par la jonction PN, qui explique la stimulation neuronale.

1.      Le semi-conducteur, conducteur et isolant

a)   Les liaisons

            Lorsqu’on applique un champ électrique extérieur sur un matériau, une conduction a lieu car une circulation d’un courant électrique à lieu dans le matériau, dû au déplacement de charges électriques dans le matériau.

a1. Les liaisons covalentes

            Les atomes se lient entre eux en mettant en commun des électrons célibataires (appelés électrons de valence) de la couche externe. Ces électrons s’associent en paires et appartiennent aux deux atomes qui participent à la liaison. Les liaisons sont très robustes et pour les casser, il faut leur fournir une énergie importante. Ils ne circulent pas facilement dans la matière.

a2. Les liaisons métalliques

            Un grand nombre d’atomes mettent en commun des électrons célibataires. Les atomes en libérant au moins un ou plusieurs électrons deviennent des ions qui ne sont pas neutres. Ils forment un réseau cristallin qui baigne dans un nuage d’électrons très mobiles appelés électrons libres.

b)   Les isolants 

            Dans les matériaux isolants, on a affaire à des liaisons covalentes. Les liaisons sont donc solides et les charges, c’est-à-dire les électrons immobiles, restent liés aux atomes auxquelles elles appartiennent. Un champ électrique sur ces matériaux n’aurait aucun effet sur eux et donc aucun courant électrique ne circule, car il n’y a pas de charges mobiles.

c)    Les conducteurs 

            Les liaisons des atomes composant les matériaux conducteurs sont de type métallique. Chaque atome libère un électron qui peut circuler librement dans le cristal. Sans champ électrique extérieur, ces électrons se déplacent dans un mouvement désordonné mais il n’y a pas de courant électrique généré spontanément car statistiquement la somme de tous les déplacements est nulle. Mais dès qu’un champ électrique extérieur est appliqué au matériau conducteur, les électrons vont circuler dans le sens déterminé par le sens du champ électrique, créant un courant.

d)   La théorie des bandes de valence et de conduction

            La théorie des bandes est un modèle quantique en physique qui modélise les valeurs d’énergie que peuvent subir les électrons dans un cristal. On distingue la bande interdite appelée le « gap » qui est constituée de niveaux d’énergie interdites et les bandes permises qui correspondent aux niveaux d’énergie autorisés.

            Parmi ces bandes permises, on distingue deux bandes : la bande de valence et de conduction. Dans la bande de valence, les électrons contribuent à la cohésion du cristal grâce à des liaisons de valence alors que, dans la bande de conduction, les électrons, reliées par des liaisons métalliques, sont libres et assurent la conduction du courant. La répartition des bandes détermine la conductivité du matériau. L’intervalle séparant les deux bandes se mesure en électronvolts (eV).

            Dans les isolants, la bande de valence et de conduction sont séparées par une bande interdite de 6 eV. Dans les conducteurs, les deux bandes se chevauchent, ce qui explique que, quel que soit le champ électrique extérieur appliqué, les électrons vont circuler.

< la théorie des bandes

e)    Les semi-conducteurs intrinsèques

            Cependant pour certain cristal, leur conductivité dépend des conditions physiques externes. Par exemple, lorsqu’on augmente la température d’un cristal, certains électrons de valence ont une énergie suffisante qui leur permet de passer dans la bande de conduction. L’augmentation de la température fait que certains électrons quittent leur liaison et deviennent des électrons libres. En quittant leur liaison, ils créent un trou qui doit être rebouché par un autre électron libre, surtout quand on applique un champ électrique. Les électrons libres et les trous vont se déplacer en sens inverse, causant un courant électrique et certaines des paires électron-trou formées vont se recombiner, tandis que d’autres non. Ces métaux sont appelés les semi-conducteurs intrinsèques qui se situent entre les isolants et les conducteurs.

            Un semi-conducteur intrinsèque est constitué d’un réseau cristallin très pur. On utilise soit des éléments du tableau périodique qui possèdent soit des atomes avec 4 électrons de valence, soit des combinaisons d’atomes qui possèdent 3 et 5 électrons de valence. Les atomes sont liés entre eux par des liaisons covalentes solides mais l’énergie nécessaire pour accéder de la bande de valence à la bande de conduction séparée par la bande interdite, comprise entre 0,5 à 3,5 eV, est moins importante que pour les isolants. Le silicium () qui est utilisé comme le semi-conducteur dans la partie photovoltaïque, nécessite une énergie de 1,12 eV pour accéder à la bande de valence.     

< la théorie des bandes complétée par les semi-conducteurs.

            La résistivité des semi-conducteurs diminue quand la température augmente : en effet, plus la température est élevée, plus le nombre de trous et d’électrons libres augmente et plus le courant produit est intense.

            La conductivité du cristal peut être améliorée en dopant les semi-conducteurs intrinsèques. Ce dopage a pour but d’ajouter des impuretés, appelées dopants, dans le cristal pour fournir des charges excédentaires mais contrôlées. Le dopant a un numéro atomique proche de celui du semi-conducteur utilisé. Ce dopage permet également de déplacer le spectre d’absorption du semi-conducteur et de la rétine artificielle vers l’une ou l’autre des parties du spectre. Cela sert, par exemple, pour avoir une meilleure capacité de réception à la lumière visible. Néanmoins, l’absorption du semi-conducteur dans le visible n’est pas obligatoire car une absorption dans l’infrarouge est possible et est moins nocive car il a un niveau énergétique faible. De plus, plus il y a de dopant par unité de volume, plus le cristal est conducteur, mais après 10¹⁹ atomes de dopant par cm³, le cristal commence à se désagréger.

            Ces semi-conducteurs sont appelés semi-conducteurs extrinsèques. Il existe deux types.

e1. Le semi-conducteur de type P

            Le dopage P est l’introduction d’atomes trivalents, c’est à dire d’atome possédant un nombre inférieur d’électrons de valence, ce qui fournit des charges positives en accès. Il va se créer des trous qui sont des porteurs minoritaires. Le dopage P du silicium peut-être réalisé avec du bore (3 électrons sur sa couche externe).

< Dopage P au Bore

e2. Le semi-conducteur de type N.

            Le dopage N est l’introduction des atomes pentavalent, c’est-à dire des atomes ayant un électron de valence en plus, ce qui fournit des charges négatives en excès : des électrons libre qui sont des porteurs majoritaires et vont circuler librement dans le cristal. Comme le semi-conducteur possède un électron de plus, celui-ci va circuler librement dans le cristal. En effet, les électrons libres seront pratiquement aussi mobiles qu’avec le cas des conducteurs et des liaisons métalliques.

Le dopage N du silicium peut-être réalisé avec du phosphore ou de l’arsenic (5 électrons sur la couche externe).

< Dopage N au phosphore

f)     Le fonctionnement de la jonction PN

            Quand on rassemble les deux cristaux dopés P et N, les électrons libres de la bande de valence, ne participant pas aux liaisons covalente, migrent vers la région P pour se compléter les trous présents dans la bande de conduction. Ils passent donc de la bande de valence à la bande de conduction grâce à l’apport d’énergie nécessaire. Il se forme alors zone de déplétion, appelée aussi une zone de charge d’espace (ZCE), sans porteurs majoritaires. Selon le sens conventionnel du courant, du côté P, elle est négative et du côté N, elle est positive. Il y a donc un engendrement d’un courant plus important qu’un semi-conducteur intrinsèque.

2.       L’effet photoélectrique

            Le phénomène qui explique le courant électrique extérieur créé lorsque la plaque est exposée à la lumière est l’effet photoélectrique. La lumière est constituée de photons, que l’on peut comparer à des « grains de lumière ». La fréquence du rayonnement  et la longueur d’onde  sont liées par la relation :

avec qui correspond à la longueur d’onde d’un rayon, c la célérité de la lumière, qui est égale à 3,0.10⁸ m.s^-1 dans le vide, la fréquence du rayonnement.

            L’énergie E d’un photon est donnée par la relation :

avec h la constante de Planck qui est égale à 6,63.10^-34 Joules et la fréquence du rayonnement.

            Le photon doit apporter, à un électron pour qu’il soit libre, une énergie minimale E_g donnée par la relation : E_G = E_c - E_v

Avec E_c - E_v qui corresponde à l’intervalle séparant la bande de conduction et la bande de valence. Cette énergie lui permet de passer de la bande de valence à la bande de conduction et donc de franchir la bande interdite. Elle est comprise entre 0,5 à 3,5 eV pour les semi-conducteurs.

            Le photon communiquant à un électron l’énergie nécessaire pour passer de la bande de valence à la bande de conduction crée des paires électron-trou dans la jonction. Les porteurs de charges formés vont alors rejoindre leur zone de base (la zone de type N pour les électrons et la zone de type P pour les trous) : un courant électrique est créé.

V.                Biocompatibilité, bio-stabilité

            Pour pouvoir fonctionner, le problème de biocompatibilité, de bio-stabilité et faisabilité chirurgicale doit être pris en compte. Le corps humain est un milieu agressif : il contient beaucoup d’eau salée, qui corrode les composants électriques. Les matériaux utilisés pour la rétine artificielle sont des biomatériaux, c’est-à-dire des matériaux non vivants utilisés dans un dispositif médical pour interagir avec les systèmes biologiques.

1.      La biocompatibilité et la bio-stabilité

            La biocompatibilité est la capacité d’un biomatériau à remplir une fonction particulière avec une adaptation du corps du patient et la bio-stabilité est la capacité biomatériaux à être stable, à ne pas interférer, ni dégrader, le milieu biologique dans l’œil.

            Le substrat de la prothèse rétinienne est en diamant synthétique car elle combine les avantages de forte résistance mécanique, de bonne isolation électrique et de biocompatibilité très efficace. En effet, comme il s’agit de carbone, la composition est proche de celle de la matière vivante et sa composition est assez robuste.

            Le silicium à cause de son faible coût, de son rendement photovoltaïque et de sa bonne biocompatibilité. En effet, il est très efficace et il peut rester dans le corps sans provoquer d’infections postopératoires et il est résistant à la corrosion.

            Le matériau conducteur est en or (Au) qui présente une résistance mécanique et une biocompatibilité.

            L’antenne et le boîtier électronique sont placés autour du globe oculaire à l’aide d’une bande sclérale, ils ne sont pas atteints par les agressions au sein du corps

VI.             Expérience

La première couche de la rétine artificielle contient du matériau photovoltaïque qui effectue la transformation de l’énergie lumineuse en énergie électrique. La couche envoie ensuite le message électrique à la deuxième couche et puis aux neurones rétiniens (pixel blanche ou pixel noir selon le message électrique). Dans cette expérience nous allons voir les facteurs qui font que la plaque photovoltaïque émet la couleur blanche ou noir du pixel mais nous élargiront le cadre pour prendre en compte les trois couleurs primaire de la synthèse additive (la rétine artificielle ne permet pas de transmettre ces couleurs aux neurones rétiniens.

1.      Problème

Quels sont les facteurs qui permettent à la plaque photovoltaïque d’émettre des messages nerveux à des tensions différentes ?

2.      Hypothèse

On sait qu’un objet noir absorbe la lumière sans en émettre. L’œil ne reçoit donc aucune lumière et donc ne transmet aucun courant électrique aux neurones rétiniens. De plus, les objets de couleur renvoient des longueurs d’onde différente reçus par l’œil en fonction de leur couleur.

Lors de la conversion énergie lumineuse – énergie électrique, la plaque photovoltaïque remplaçant la rétine artificielle, devrait transmettre aux neurones rétiniens des courants électriques à des tensions différentes, en fonction de la couleur, donc des longueurs d’onde 

3.      Expérience

            Pour vérifier notre hypothèse, nous avons réalisé une expérience comprenant un ordinateur avec un logiciel appelé synchronie qui nous permettra de mesurer la tension à partir d’un graphique, des filtres bleu, vert, rouge, une lampe et une plaque photovoltaïque (par hypothèse les courbes de réponse des filtres sont identiques). Cette dernière a été reliée au logiciel synchronie pour mesurer la tension émise par la source de lumière, ici la lampe. Nous avons éclairé plusieurs fois la plaque photovoltaïque sur une durée de 20 secondes, en alternant, à chaque fois, les filtres de sorte que la lumière devienne bleue, verte puis rouge et nous avons éteint la lampe pour qu’il y ait aucune lumière (objet noir). La plaque photovoltaïque transforme l’énergie lumineuse reçue en énergie électrique et les tensions obtenues sont recueillies par l’ordinateur (synchronie).On s’attend à obtenir des tensions électrique différentes selon les longueurs d’onde ou l’absence de lumière (noir)

1. Ordinateur avec synchronie 2. Interface entre la plaque et synchronie 3. Câbles liant la plaque à l’interface 4. La plaque photovoltaïque 5. La lampe (source de lumière) 6. Différents filtres 7. Support des filtres.

4.      Résultats

            Légende :

----- = courbe d’un objet libérant lumière blanche puis vert puis à nouveau blanche

                        ----- = courbe d’un objet libérant lumière blanche puis bleu puis à nouveau blanche

                        ----- = courbe d’un objet libérant lumière blanche puis rouge puis à nouveau blanche

                        ----- = courbe d’un objet libérant lumière blanche puis noir puis à nouveau blanche

On observe une baisse de la tension lorsqu’un filtre de n’importe quelle couleur est placé devant la source de lumière.

Dans la courbe verte, la tension est de 0,43 V. A environ 7 secondes, elle passe de 0.43 à 0.40V. Entre 7 et 13 seconde, la tension reste constante à environ 0,40V. A environ 13 secondes, elle augmente de 0,40 V à 0,43 V. De 13 à 20 secondes elle reste constante à 0,43 V.

Dans la courbe bleue, la tension est de 0,42 V. A environ 8 secondes, elle passe de 0.42 à 0.23V. Entre 7 et 13 seconde, la tension reste constante à 0,23 V. Et à environ 13 secondes, elle augmente de 0,23 V à 0,43 V. De 13 à 20 secondes elle reste constante à 0,43 V.

Dans courbe rouge, la tension augmente de 0,39V et 0,40 V. A environ 7 secondes, elle passe de 0.40 à 0.38 V. Entre 7 et 15 seconde, la tension reste constante entre 0,38 V et 0,39 V. Et à environ 15 secondes, elle augmente de 0,39 V à 0,41 V. De 15 à 20 secondes elle reste constante à 0,41 V.

Dans la courbe noire, la tension est de 0,37 V. Entre 7 et 9 secondes, elle passe de 0.37 à 0,01V. Entre 9 et 12 seconde, la tension reste constante à 0,01 V. Et à 12 secondes, elle augmente de 0,01 V à 0,37 V. De 13 à 20 secondes elle reste constante à 0,37 V.

5.      Interprétation

            Ce graphique nous montre la tension électrique convertie grâce à la plaque photovoltaïque des lumières bleu, rouge, verte, noire et blanche. La courbe constante correspond à l’intensité de la lumière blanche et chaque affaissement de la courbe correspond le moment où le filtre d’une couleur a été placé.

Lorsque la lumière est placée derrière un filtre rouge, on constate que la tension électrique diminue légèrement.

            Lorsque la lumière est placée derrière un filtre vert, on constate que la tension électrique diminue légèrement également mais plus que le celui du rouge : la tension est propre est propre à l’énergie lumineuse verte.

            Lorsque la lumière est placée derrière un filtre bleu, on constate que la tension électrique diminue moyennement : il a donc une tension propre.

            Lorsque la lumière est placée derrière un filtre noir, on constate que la tension électrique diminue fortement, pour atteindre presque une tension électrique nulle : il a donc une tension propre également.

6.      Conclusion

            La plaque photovoltaïque transmet des messages nerveux à des tensions différentes et ces tensions correspondent à une couleur. En effet chaque lumière à sa tension propre. Après la lumière blanche, le rouge est celui qui émet une tension électrique forte, ensuite vient le vert, puis le bleu et enfin le noir. On peut aussi en conclure que plus la longueur d’onde est grande, plus la tension électrique générée par la plaque photovoltaïque est grande.

7.      Critique de l’expérience

Nous pouvons critiquer l’expérience par le fait que la salle dans laquelle l’expérience a été effectuée n’était pas complètement noire alors qu’il aurait fallu un lieu sombre pour reproduire exactement les conditions de la rétine artificielle. Ce problème explique pourquoi la tension de la couleur noir n’est pas nulle mais de l’ordre de 0,1 V.

De plus, les courbes ayant été réalisées séparément puis ensuite rassembler dans un unique et seul graphique, la tension de la lumière blanche de départ n’est pas la même pour chaque couleur (pour l’expérience avec le filtre vert, la lumière blanche émet une tension électrique de 0,43 V ; avec le filtre bleu, la lumière blanche émet une tension électrique de 0,42 V ; avec le filtre rouge, la lumière blanche émet une tension électrique de 0,39 V ; avec une absence de couleur, la lumière blanche de départ émet une tension électrique de 0,37 V). Pour que les courbes soient comparables graphiquement il aurait fallu que la lumière blanche de départ émette la tension pour les quatre expériences. Ce problème est du changement de distance effectués, sans le vouloir, lors des changements de filtres pour les quatre expériences. Néanmoins, les courbes restent comparables avec le calcul de différence entre la tension de départ et la tension lors de l’application d’un filtre à la lumière de chaque courbe. 

VII.          Conclusion

1.      Résultat

Ils sont neuf patients à travers le monde à avoir bénéficié d’une implantation de rétine artificielle. Trois, parmi les neuf, ont pu lire spontanément des lettres, ont été capables de reconnaitre des visages, de distinguer des objets (comme des fruits, des panneaux, des téléphones). Les résultats sont très encourageants.

Toutefois, il peut y avoir des différences dans les résultats : cela s’explique en partie par la variabilité de l’état de conservation du tissu rétinien qui est différents selon les individus. De plus, des accidents peuvent survenir. Par exemple, chez un patient, l’implantation a dû être abandonnée car lors de l’opération une extrémité de l’implant a touché le nerf optique.

Cependant, aujourd’hui, il est impossible de stimuler les neurones un par un. De plus, tous les neurones reçoivent des stimuli identiques alors que, pour une image réelle, ils sont différents. Cela provoque une certaine désorganisation de l’image.

De plus, cet implant qui a besoin d’un câble qui traverse la paroi oculaire oblige une immobilisation complète de l’œil qui sont compensé par les mouvements de la tête (en partie) mais qui pose néanmoins problème. Ce câble peut aussi provoquer des hypotonies (baisse de pression intraoculaire) et des endophtalmies (infection intraoculaire), ce qui est aussi un problème majeur. 

2.      Pixellisation

Plus une image a de détails et plus le cortex visuel a besoin de pixels pour la reconstituer. En effet, le cortex visuel a besoin d’un certain nombre de pixels pour apercevoir des formes, des obstacles, des visages, des lettres : par exemple des milliers de pixels sont exigés pour la restauration fonctionnelle de la vue, comme pour la reconnaissance de visages et la lecture.

Comme nous pouvons le remarquer, une image correcte est obtenue à partir de 900 pixels, un niveau à partir duquel la lecture devient envisageable. L’identification d’un visage est possible à partir de 5000 pixel et une image nette est obtenue avec 850 000 pixels. Or la rétine artificielle permet d’obtenir une vision de 1500 pixels, ce qui dont une image très correct mais pas extrêmement précise. Cela qui explique que l’image est en noir et blanc et que le projet de rétablir une vision en couleur par stimulation électriques n’est pas encore envisageable car en effet avec des couleurs, la rétine artificielle ne fournira un dégradé de couleur où l’on ne pourra voir aucune forme concrète.

Les recherches sur ce dispositif se poursuivent pour améliorer ses performances. Par exemple certains chercheurs tentent de remplacer le silicium par un autre semi-conducteur, le dioxyde de titane (TiO₂) qui nécessite une énergie de 3,2 eV pour accéder à la bande de valence. Cela produira un courant qui ne demande pas à être amplifier et donc la présence d’un boitier pour contrôler l’amplification ne sera pas nécessaire (l’immobilisation de l’œil par la même occasion).

E.   Bibliographie et sitographie

Les ENCYCLOPEDIES, les LIVRES, les REVUES, les FILMS
Titre	Auteur	N° Vol, page	Contenu
Science & Vie Junior	Mondadori France	N°230, novembre 2008, pages 40	Brain Port Vision
Science & Vie Junior	Mondadori France	N°232, novembre 2010, pages 38	Rétine Artificielle
Physique Chimie, 1ère S	Collection Sirius, Nathan	Plusieurs éléments dans le livre à différentes pages (trop nombreux)	Fonctionnement physique de l’œil
SVT 1ère S, Sciences de la VIE et de la TERRE	Collection Claude Lizeaux - Denis Baude	Différents éléments dans le livre à différentes pages (trop nombreux)	Organisation et fonctionnement de l’œil
Proceedings of the Royal Society	the Royal Society	Subretinal electronic chips allow blind patients to read letters and combine them to words	Schémas et explications de la rétine artificielle

Les SITES INTERNET
Adresse du site	Auteur : nom et qualification	Contenu
http://www.dailynaute.com/BrainPort-voir-avec-la-langue_a175.html	Dominique Desaunay (journaliste)	BrainPort, voir avec la langue
http://www.youtube.com/watch?v=8KcV_qMOXvY	Centre de documentation sur la DMLA, présenté par The Angiogenesis Foundation	Explique comment la DMLA provoque une perte de vision.
http://videos.tf1.fr/jt-20h/l-un-des-premiers-greffes-de-la-retine-temoigne-6492123.html	TF1, Laurence Ferrai (journaliste)	Documentaire dans le journal télévisé de la rétine artificielle
http://2-sight.eu/fr/home-fr	Second Sight (entreprise)	L’entreprise finançant et commercialisant Argus II – Retina Implant
http://www.lefigaro.fr/sciences/2010/11/02/01008-20101102ARTFIG00756-une-retine-artificielle-contre-la-cessite.php	Sandrine Cabut (journaliste)	La rétine artificielle contre la cécité
http://www.guide-vue.fr/l-%C5%93il-en-3d/animation-interactive	Le comité éditorial de GUIDE ET VUE, composé de Véronique Vayssié, (directrice de publication) Myriam Essafi, (directrice technique)	Organisation de l’œil en 3 Dimensions
http://ophtasurf.free.fr/loeil.htm	OPHTASURF  (le site sur l’ophtalmologie)	Anatomie de l’œil : le globe oculaire
http://www.guide-vue.fr/news-detail/retine-artificielle-progresse	GUIDE ET VUE (site sur la santé et l’innovation pour vos yeux)	La rétine artificielle -explication
http://www.inserm.fr/thematiques/neurosciences-sciences-cognitives-neurologie-psychiatrie/dossiers-d-information/retine-artificielle	INSERM (Institut national de la santé et de la rechercher médicale)	Rétine artificielle - explication

http://www.ac-grenoble.fr/svt/log/1_l/vision/1LI_chap.htm	Académie de Grenoble	Le fonctionnement de l’œil
http://meteosat.pessac.free.fr/Cd_elect/courelectr.free.fr/CRISTAL/COURS.HTM	Dominique Chevalier (Ingénieur électronicien Vacataire à l’IUT de Toulouse Rangueil)	Les semi-conducteurs et jonction PN
https://www.youtube.com/watch?v=MXI88Eys1H0	Campagne de prévention sur la DMLA	La DMLA : les symptômes
https://www.youtube.com/watch?v=zTNgqORNBdk	Nudge Productions grâce au soutien de la Présidence belge de l’Union européenne, de la Région de Bruxelles-Capitale et de la Cellule Égalité des Chances.	Progression de la DMLA
http://www.google.com/patents/EP2509551A1?cl=fr&hl=fr	Centre National de la Recherche Scientifique (C.N.R.S.) de l’Université De Strasbourg	Une rétine artificielle en matériau semi-conducteur a base de dioxyde de titane
http://www.lyceedadultes.fr/sitepedagogique/documents/sciences/sciences1L/02_La_retine_les_photorecepteurs_retiniens_generent_des_messages_sensoriels.pdf	Site pédagogique	Fonctionnement de l’œil et de la rétine plus précisement
http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/medecine/d/un-implant-retinien-repousse-les-limites-encore-plus-loin_44798/#xtor=AL-26-1[ACTU]-44798[un_implant_retinien_repousse_les_limites_encore_plus_loin]	Journalistes scientifiques	Présentation de la rétine artificielle Retina Implant AG
http://www.oct-optovue.com/oct-retina/oct-retina.html	Dr Jean-Michel Muratet	Image et explication de l’OCT
http://www.docvadis.fr/centre-nation/page/imagerie/angiographie/angiographie_fluoresc_ine.html	Centre Nation	Image et explication de l’angiographie