1.1.1. Distinction entre le système photopique et scotopique
Chaque signal visuel est tout d’abord échantillonné précocement par les photorécepteurs de la rétine : les cônes et les bâtonnets. Les bâtonnets permettent la vision nocturne (scotopique), alors que les cônes sont impliqués dans la vision diurne (photopique). Ces deux types de photorécepteurs se distinguent également par leur emplacement dans la rétine. Les bâtonnets sont situés à la périphérie de la rétine, tandis que les cônes sont principalement centrés autour de la fovéa (région centrale de la rétine). Cette spécificité permet au système visuel de coder des images avec des niveaux d’éclairage très variés (Bullier, 1998).
Le système scotopique, qui dépend uniquement des bâtonnets, ne permet pas un codage des différences spectrales. Seul le système photopique, qui implique le fonctionnement des cônes, permet de discriminer les longueurs d’onde 1 qui est un préalable pour la vision des couleurs. Il existe trois types de cônes qui sont spécifiques à des courtes (cônes S), moyennes (cônes M) et grandes (cônes L) longueurs d’onde. Les cônes L et M sont impliqués dans le codage de la luminance et des différences chromatiques, tandis que les cônes S n’interviennent que dans le codage chromatique.
Après cette première étape, les cellules bipolaires acheminent l’information aux cellules ganglionnaires. Les cellules horizontales et amacrines permettent un contact transversal. Les cellules ganglionnaires forment la dernière couche de la rétine et répondent aux variations de luminance ou aux aspects chromatiques. Une représentation de cette organisation physiologique de la rétine est présenté à la Figure 1.
Une distinction majeure entre le système photopique et scotopique est le nombre de photorécepteurs qui communiquent avec une seule cellule ganglionnaire (dans un souci de simplification, nous ne parlerons pas du rôle des cellules intermédiaires). En effet, une cellule ganglionnaire est reliée à plus de bâtonnets que de cônes. Le système scotopique possède donc une résolution spatiale plus faible que le système photopique : il résume davantage l’information qui lui est envoyée et manifeste ainsi ce qu’on appelle une plus grande « sommation spatiale ». En d’autres termes, la sommation spatiale correspond à la capacité de la rétine à additionner des quanta de lumière sur une certaine aire. Par exemple, supposons qu’une cellule ganglionnaire signale la présence d’un stimulus si un minimum de 10 quanta est absorbé. Deux points lumineux qui sont séparés par une certaine distance, et qui n’émettent que 5 quanta chacun, sont présentés. Imaginons que cette distance soit telle que les deux points activent deux bâtonnets qui transmettent l’information à une seule et même cellule ganglionnaire. À eux deux, ils produisent un total d’absorption de 10 quanta. La cellule ganglionnaire va donc signaler la présence d’un seul point lumineux, en d’autres termes la cellule ne fait pas la différence entre un point et deux points. Ainsi, la « sommation spatiale » du système scotopique produit une excellente sensibilité (une faible luminance peut être perçue), mais une faible résolution spatiale (le signal double est perçu comme un signal unique). Considérons maintenant le système photopique : dans des conditions identiques, la distance entre les points étant toujours la même, mais elle est cette fois-ci suffisante pour que les cônes concernés se projettent sur deux cellules ganglionnaires. Puisque chaque cellule ganglionnaire ne reçoit que 5 quanta, et pas 10, aucun signal ne sera perçu. Le système photopique manifeste ainsi une mauvaise sensibilité. Par contre si nous doublons le nombre de quanta contenu dans un seul point lumineux, alors les deux cellules ganglionnaires, dans le cas du système photopique, signalerons la présence des deux points. Pour la condition scotopique, puisque les bâtonnets convergent vers une seule cellule ganglionnaire, les deux points lumineux ne seront toujours pas distingués, mais un seul point sera perçu (Schwartz, 1999).
Pour résumer, le système scotopique montre une excellente sommation spatiale, ce qui contribue à une sensibilité élevée, mais possède une faible résolution. Par contre, le système photopique a des capacités de sommation spatiale faible et donc une faible sensibilité, mais est au contraire capable d’une résolution spatiale élevée.