Vision humaine

La peinture figurative exploite la capacité visuelle de reconnaître des objets dans leur représentation plane.

L’expérience visuelle consciente — comme voir, maintenant, les mots de l’article « Vision humaine » —, est une expérience simple et habituelle pour celui qui peut y accéder. C'est une expérience subjective, accessible seulement à celui qui voit, mais qui, et de différentes manières, pourra être exprimée, expérimentée, étudiée. Ainsi, par exemple, dans une peinture réaliste, le peintre rapporte dans un tableau visible par le public de « l'observation scrupuleuse faite par l'artiste du modèle représenté[2] ». La phénoménologie étudie les perceptions telles qu'elles sont vécues comme « phénomènes, c'est-à-dire de cela qui apparaît à la conscience, de cela qui est « donné » », ainsi que l'écrit Jean-François Lyotard[3]. Une manière d'étudier la perception — visuelle ou non — consiste à l'analyser en qualités plus générales, abstraites, comme la couleur, que le jargon philosophique appelle qualia, notion difficile à définir[4]^,[5] et parfois contestée. Finalement, l'expérience visuelle consciente renvoie aux questions sur la conscience. L'expérience visiuelle est-elle un processus physique ou indépendante de toute structure matérielle ?[6]^,[7]^,[8].

Dessin de René Descartes.
Le processus de la vision serait un processus purement physique jusqu’à la glande pinéale dans le cerveau qui ferait alors le lien avec l’esprit et le corps[9].

Par ailleurs, si la vision comprend l'expérience subjective de voir, elle inclut aussi les processus optiques[10], le « mécanisme physiologique »[11] ainsi que les « mille et un processus psychologiques »[12] qui conduisent des radiations lumineuses aux sensations visuelles (à la conscience de ce qu'on voit). L'approche scientifique, fondée sur la position d'observateur extérieur, a progressivement explicité ces processus jusqu'à situer les zones cérébrales où ils ont lieu[13]. La vision fait aussi l'objet d'interrogations philosophiques sur ses modalités[14]. Dans l'Antiquité, il était admis qu'un rayon visuel allait de l’œil à l'objet. À l'inverse, au X^e siècle, Ibn al-Haytham, s'appuyant sur une expérimentation, établit que les rayons lumineux vont de l'objet jusque dans l’œil, soulevant la question de la formation des images. Au XVI^e siècle, André Vésale apporte des précisions sur l'anatomie du corps et du cerveau, en particulier sur les nerfs optiques et leur chiasma. Au début du XVII^e siècle, Johannes Kepler découvre que l’œil fonctionne comme une chambre noire et que des images se forment sur la rétine. René Descartes va préciser le processus physique et physiologique de la vision puis l'illustrer dans un dessin : pour lui, l’œil est en communication avec le cerveau par les nerfs optiques, où la glande pinéale génère un renvoi vers l'âme[9], lieu de la vision. Pour Descartes, le lieu de la vision n'est donc pas l'œil : « c'est l'âme qui sent, et non le corps »[15]. Nicolas Sténon, anatomiste danois, remet en cause le rôle de la glande pinéale quelques années plus tard. Denis Diderot consolide le rôle du cerveau au XVIII^e siècle. Les voies nerveuses, les neurones et leur assemblage en réseaux seront décrits au XIX^e siècle et au début du XX^e siècle. La physiologie de l'appareil visuel et de la perception des couleurs progressent, après des travaux sur la rétine et la nature de la lumière.

Depuis Descartes, il est donc établi que la vision n'a pas lieu dans les yeux, ce qui, à notre époque, peut s'exprimer ainsi : « C'est donc le cerveau qui délivre la vision, l’œil et ses annexes sont des organes intermédiaires permettant d'accéder au résultat final : voir »[16]. Dit autrement : « Vous voyez avec votre cerveau, pas avec vos yeux (« You see with your brain, not your eyes ») »[17].

Dans un courant parallèle de réflexions, George Berkeley développe en 1704 une idée de William Molyneux approuvée par John Locke : il relie la vision à l'apprentissage par l'expérience. Ils tirent argument de ce que le traitement réussi de la cataracte congénitale chez de jeunes adolescents ne permet pas au patient de voir, en tous cas pas rapidement[18]. Ces élaborations, jusqu'à y compris l'approche écologique de la perception visuelle, de James J. Gibson dans le dernier tiers du XX^e siècle, partagent avec celle de Descartes l'idée que les sens rendent compte de la réalité extérieure[19]. Remarquant que cette approche ne tient pas compte des très nombreuses illusions visuelles qu'a documenté la psychologie, Richard Gregory estime que « les représentations mentales sont bien plus que de simples images ». Elles sont par nécessité vitale trop rapides pour être conscientes et sont détachées des concepts abstraits, auxquelles elles peuvent s'opposer[20]. « Les perceptions sont des hypothèses. (…) comme les hypothèses de la science ». Provisoirement nécessaires à l'action, elles sont soumises à la vérification par l'action, produisant une nouvelle expérience[21].

Les sciences cognitives se sont développées depuis 1950 en s'appuyant toujours sur l’étude neuropsychologique des effets des lésions cérébrales sur les capacités des patients humains et en développant des techniques expérimentales de plus en plus variées comme l'imagerie cérébrale qui permet de distinguer les zones du cerveau activées lors de tâches spécifiques. Elles ont permis de confirmer que le travail des yeux et du cerveau pour mener à bien le processus de vision est extrêmement complexe, loin de l'idée que l’œil est une simple « chambre noire » et que le monde se dévoile immédiatement à la vision[22]^,[10]^,[23]^,[24]. Notons enfin que toutes ces avancées sur la vision ont été réalisées souvent avec le souci de mieux traiter les troubles visuels et que les recherches restent toujours très actives.

L'œil est un système optique qui forme une image sur la rétine, dont les cellules transforment des rayonnements lumineux en influx nerveux. Jusqu'à une époque récente, les philosophes concevaient ces influx comme des données qui présentaient l'extérieur à la conscience. La physiologie des organes visuels est assez bien connue[25], le processus complexe qui transforme cet amoncellement d'évênements nerveux élémentaires en vision — c'est-à-dire la notion d'objets distants dotés de formes et de couleurs, avec lesquels nous pouvons interagir — l'est beaucoup moins[26]. La psychologie expérimentale a, souvent à partir des illusions visuelles, mis en évidence que le rapport entre les excitations des cellules sensibles de l'œil et la vision n'est ni immédiat, ni rigoureux[27].

Le train d'informations visuelles passe depuis la rétine par les nerfs optiques pour être acheminé vers les aires corticales de la vision à l'arrière du cerveau. La façon dont le cerveau traite ces informations fait l'objet de nombreuses études en neurosciences cognitives, notamment depuis les travaux des prix Nobel Hubel et Wiesel[24].

Au sein du système visuel, de nombreuses voies forment une architecture complexe. De nombreuses rétroactions, dont certaines remontent, par les mouvements oculaires inconscients, jusqu'à l'œil lui-même, des interactions entre les régions qui identifient la forme, le mouvement, celles qui identifient des objets connus — perception des visages, etc.. Ainsi, la sensation de relief n'est constituée qu'au travers de la vision combinée des deux yeux — stéréoscopie et par les décalages lors des mouvements de la tête, que le cerveau traite pour définir des objets plus ou moins éloignées.

L'espèce humaine perçoit un spectre lumineux de rayonnements électromagnétiques de longueur d'onde dans le vide comprise environ entre 380 et 780 nanomètres (nm)[alpha 1]^,[28], avec une sensibilité s'étendant de luminances de moins d'un millionième de candela par mètre carré[alpha 2] — sans perception de couleur et après un long délai d'accoutumance à l'obscurité[30] — à plus de 10 000 cd/m² — zone d'éblouissement au delà de laquelle existent des risques de lésion. La vision des couleurs s'établit progressivement à partir d'éclairements correspondant à celui d'une pleine lune[31].

La sensibilité visuelle est différente dans la région centrale de l'œil dans des conditions d'éclairement suffisantes, avec perception des formes, des détails et des couleurs, et dans la région périphérique, ou dans des conditions lumineuses insuffisantes, avec une détection du mouvement principalement et sans vision des couleurs.

Pour l'Homme, ainsi que pour de nombreux animaux, la vision diffère selon l'intensité lumineuse. Il est d'usage de distinguer des domaines de vision diurne, ou « photopique », la nocturne, ou « scotopique », et le domaine intermédiaire ou « mésopique ». L'acuité visuelle est la finesse de la vision diurne des détails.

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  Courbes d'absorbance des cônes et des bâtonnets.
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  Comparaison des courbes de sensibilités relatives en vision photopique et scotopique.
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Vision photopique

Courbes de sensibilité relative des trois types de cônes de l'œil humain

Quand l'éclairement est suffisant, la répartition spectrale de ces rayonnements donne lieu à une sensation de couleur. Chez l'homme, la vision photopique ou maculaire s'effectue, dans la partie centrale de l'œil exclusivement, grâce aux 5 à 7 millions de cônes de la rétine de chaque œil, répartis en trois types sensibles à des énergies photoniques différentes. La sensibilité des cônes est déterminée par des pigments dont un rayonnement d'énergie appropriée provoque la destruction, avec émission d'un influx nerveux ; l'organisme reconstitue continument les pigments avec un apport d'énergie[32]^,[33].

Les sensibilités des types L et M, en léger décalage, concernent les énergies les plus faibles, correspondant aux plus grandes longueurs d'onde. La concordance de leur signaux donne lieu à la perception de la luminosité ; la différence permet de distinguer le rouge du vert. La sensibilité du type S est nettement moindre, et concerne les photons à plus grande énergie. La différence entre les signaux des cônes S et celle des cônes L et M permet de distinguer la proportion de lumières bleues dans ce qu'on voit[alpha 3][34].

Les pigments des cônes L et M sont des protéines codées génétiquement sur le chromosome X, celle des cônes S sur le chromosome 7. Cette vision trichromique est rare ; parmi les mammifères, elle n'existe que chez certains primates[35].

La sensibilité photopique varie avec la longueur d'onde des rayonnements. La sensibilité maximale correspond à un rayonnement de 555 nm. Une lumière où un tel rayonnement domine se perçoit, sur un fond de lumière blanche, d'une couleur vert-jaune.

Les différences d'influx entre les cônes sont transformés, dans des cellules nerveuses spécialisées de l'œil, en informations visuelles[36].

L'information transmise par les cônes est intégrée à différents niveaux des voies visuelles depuis les systèmes rétiniens d'opposition de couleur jusqu'au cortex visuel, en particulier l'aire V4. Le fonctionnement du système visuel est complexe.

Le système visuel n'est sensible qu'au mouvement ; du point de vue de l'utilité, c'est la seule chose qui compte pour les êtres vivants, aussi la sélection naturelle a privilégié les êtres capables de le détecter. Pour regarder un objet fixe, nous bougeons sans cesse les yeux, et les parties cérébrales du système visuel, reliant les mouvements de l'image rétinienne à ceux des yeux, construisent les formes. La vision périphérique est sensible exclusivement au mouvement[40]. Les cellules nerveuses qui détectent le mouvement sont situées au plus près des récepteurs, dans la rétine[41].

On a longtemps cru que le cinéma se servait simplement de la persistance rétinienne pour donner l'illusion du mouvement^{[réf. souhaitée]}. En réalité, le mouvement observé sur un écran semble essentiellement être une création du cerveau. On distingue quatre phénomènes dans cette illusion.

• Effet de continuité créé par la succession rapide des images (12 images par seconde pour les films d'animation, 18 images par seconde pour les films muets, 24 images par seconde pour le cinéma sonore, 25 ou 30 pour la télévision). Mais le mouvement n'a l'air tout à fait fluide que vers 50 images par seconde[alpha 4]. Par exemple, quand au cinéma il y a un panoramique assez rapide, on perçoit un mouvement saccadé, ce qui reflète la succession des images.

• Les premiers films de synthèse, dont chaque image était nette, créaient une impression peu naturelle. On s'aperçut vers 1980 que l'introduction d'un flou artificiel proportionnel au mouvement, comme sur une « vraie » pellicule, donnait paradoxalement un effet plus réaliste^{[réf. souhaitée]}.

• Disparition du scintillement. On obtient cet effet en vision centrale vers 50 images par seconde. C'est le cas, par exemple, de la télévision à tube cathodique avec balayage entrelacé (2 x 25 ou 2 x 30 images par seconde). Mais si l'on regarde en vision périphérique (il suffit de regarder à côté de l'écran tout en portant son attention sur celui-ci), il y a encore un scintillement. C'est seulement vers 75 Hz qu'il disparaît et à 85 Hz l'image est totalement stable. Il est recommandé de régler le taux de rafraîchissement d'un écran à tube cathodique à ces fréquences pour éviter la fatigue des yeux (et de la tête). Le problème du scintillement ne se pose pas avec les écrans LCD. En effet, des tubes fluorescents ou des diodes électroluminescentes produisant une lumière continue éclairent ces écrans par l'arrière. Quelle que soit la fréquence de rafraichissement des données affichées à l'écran, aucun scintillement n'est perceptible^{[réf. souhaitée]}.

• L'effet phi a lieu même avec une succession peu rapide d'images (10 images par seconde). Si l'on dessine une animation sur un carnet et qu'on feuillette les pages, on peut obtenir une illusion de mouvement. Les dessins animés ont parfois assez peu d'images par seconde.

Le développement de la vision chez le jeune enfant fait partie de processus psychologiques très complexes. Dès 1937, Piaget indique qu'elle est chez l'enfant une mise à jour visuelle permanente de la représentation mentale du monde réel de l'individu[43].

La vision implique des zones du cerveau différentes de celles qui concernent le langage, bien que leur apprentissage s'effectue pour une large part en même temps et concerne les mêmes objets, qu'il faut distinguer et nommer. L'autonomie de la vision est d'autant plus manifeste que les centres du langage échouent à décrire la chose vue[44].