Le contraste imaginaire

Les illusions d'optique sont souvent source d'amusements et nous nous étonnons nous même du décalage entre la réalité et ce que nous sommes persuadés de voir. Pour nous aider à voir, nos yeux utilisent en effet quelques "trucs et astuces" qui peuvent aussi dans certains cas leur jouer des tours et nous induire en erreur.
Axiomcafe vous propose de revenir en détail sur un phénomène optique bien utile : l'accentuation des contrastes.

Un contraste imaginaire

Regardez l'image ci-dessous :
 
 
Vous voyez nettement trois bandes, qui sont contrastées du gris clair au gris foncé de manière alternée. Jusque là, nous sommes certainement d'accord ! Voyons maintenant chaque bande en détail.
 
Prenez deux morceaux de papiers, blancs de préférence, et cachez à chaque fois deux bandes grises pour n'en observer qu'une à la fois. La première apparait toujours contrastée, la troisième également... Mais celle du milieu, une fois observée de manière isolée, parait soudain uniformément grise !
 
L'œil a donc accentué artificiellement les contrastes par rapport aux bandes situées en dessous et au dessus. Ce mécanisme, en réalité très utile, permet de renforcer les petites différences de lumière qui peuvent exister dans notre environnement et ainsi d'augmenter le pouvoir discriminant des récepteurs visuels. Plus simplement, de voir mieux lorsque les conditions lumineuses ne sont pas idéales.

Comment l'œil perçoit-il les contrastes ?

La rétine est tapissée de petites cellules sensorielles, les photorécepteurs. Un seul photorécepteur est connecté a plusieurs centaines de cellules nerveuses, chargées de transmettre les informations au cerveau. Certaines de ces cellules sont situées très proches du photorécepteur, ce sont les cellules adjacentes. D'autres sont situées plus loin, ce sont les cellules latérales
 
Au final, chaque cellule nerveuse est à la fois adjacente pour certains photorécepteurs et latérale pour d'autres.
Les photorécepteurs envoient des signaux positifs (stimulation) aux cellules adjacentes, et des signaux négatifs (inhibition) aux cellules latérales.
 
Les stimulations et inhibitions sont d'autant plus fortes que le signal lumineux est intense. Chaque cellule fait ensuite la "somme" de tous les signaux, positifs et négatifs, qu'elle a reçut et transmet le signal correspondant.
 
 
 
Sur le schéma ci-dessous, nous avons représenté schématiquement une variation de lumière : certains photorécepteurs perçoivent beaucoup de lumière, d'autres moins. Les fibres colorées en vert envoient des signaux positifs, les fibres rouges des signaux négatifs. Passez la souris sur le schéma : des chiffres, donnés à titre indicatif, simulent l'intensité de stimulation et d'inhibition envoyés par les photorécepteurs. Vous remarquez qu'un photorécepteur envoie des signaux plus forts lorsque la lumière est intense !
Regardez à présent ce qu'il se passe lorsque les cellules nerveuses font la somme des signaux : les cellules situées au niveau du changement de lumière obtiennent des scores différents des autres.
 
Schéma représentatif de la transmission d'information lumineuse par les photorécépteurs
La taille des éclairs représente la quantité de lumière reçue par la rétine.
Les ballons allongés violets sont des photorécepteurs: cônes et bâtonnets.
Les ballons bleus sont les cellules nerveuses associées.
 
L'intensité de lumière perçue peut-être représentée sur les petits graphiques ci-dessous : on pourrait s'attendre à un passage de 0 à 1 (trait bleu pâle), mais l'on obtient en réalité une transition de -1 à 2 (trait bleu foncé)! Le pas à franchir est plus grand... le contraste a été accentué par le cerveau !
 
Au niveau de la transition lumineuse, les cellules nerveuses associées à la vue ne passent pas de 0 à 1 comme l'on pourrait s'y attendre. Au contraire, un phénomène d'accentuation du contraste apparait à cet endroit.
 
Les cellules sensorielles, qui détectent des contrastes naturels dans notre environnement, peuvent également les augmenter grâce au principe d'inhibition latérale. Dans certains cas, des contrastes peuvent donc être crées artificiellement : nous en percevons, alors qu'ils n'existent pas !
Et rien ne sert de chercher à éduquer ou persuader son cerveau, le phénomène est physico-chimique. Autrement dit, nous n'y pouvons rien !
 
En résumé...
 
Notre oeil voit à l'aide de photorécepteurs, sortes de capteurs de lumière placés dans la rétine. A chacun de ces capteurs est associé des cellules nerveuses, chargées d'interpréter et de transférer ces données au cerveau.
Du fait de l'organisation des neurones autour des capteurs, le contraste lumineux est artificiellement augmenté par les cellules nerveuses. Cette augmentation nous permet de mieux voir, même lorsque les conditions lumineuses ne sont pas optimales. Parfois en revanche, elle ajoute du contraste là où il n'y en a pas, comme dans l'illusion d'optique présenté dans cet article.
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