Optique Physiologique et Biophotonique pour la prévention des risques visuels
Participants
| Prénom Nom | Fonction |
|---|---|
| Fabrice Bardin | Enseignant chercheur |
| Charles-Edouard Leroux | Enseignant chercheur |
| Fabricio Pereira | Enseignant chercheur |
| Christophe Fontvieille | Enseignant chercheur associé |
| Adel Hachache, | Technicien |
Collaborations
| Prénom Nom | Institutions |
|---|---|
| Isabelle Marc | IMT Mines d’Alès |
| Conor Leahy | Carl Zeiss Meditec, Dublin CA |
| Hassan Boukhaddaoui | Institut des Neurosciences de Montpellier |
Modèles de vision pour prédire les performances visuelles
En combinant les lois théoriques de la physique (formation de l’image optique) et des sciences cognitives (perception et traitement de l’image corticale), il est possible de prédire comment la mesure de performance visuelle (taille et contraste des lettres lues) évolue en fonction des conditions expérimentales du test de lecture et de la personne testée (facteurs optiques et neuronaux).
Le développement et la validation de ces modèles pluridisciplinaires présentent l’intérêt d’enrichir nos connaissances fondamentales en sciences de la vision. D’un point de vue des applications, les modèles permettent aussi de mettre en relation les diagnostics apportés par les technologies optiques, telles que l’aberrométrie, en les confrontant à des mesures plus subjectives directement rapportées par des tests de lecture. Nous anticipons que cette mise en relation permet de prévenir les risques visuels qui ne sont pas détectés lorsqu’une seule des deux approches est utilisée pour le diagnostic clinique.
(Figure tirée de Leroux et al., 2023.) Validation expérimentale d’une nouvelle méthode de prédiction de performance visuelle à partir de mesures aberrométriques. La perte relative de sensibilité au contraste mesurée lors d’un test de lecture (axe vertical) est représentée en fonction d’un modèle « d’observateur idéal », customisé par les données aberrométriques du patient (axe horizontal).
(Figure tirée de Leroux et al., 2022.) Exemple de dispositif optique simple, mis en place au laboratoire, permettant de mesurer la performance visuelle (sensibilité au contraste) dans des conditions bien contrôlées. (a) Un diaphragme (AS, pour Aperture Stop) relayé par un télescope (lentilles L1 et L2) permet de contrôler la taille de la pupille effective de l’œil lors du test affiché sur un écran (Screen S). (b-c) L’écran est dédoublé en deux parties qui se recombinent au niveau de la rétine lors de l’affichage de la lettre à identifier (b) et du choix des réponses (c). Le contraste est ainsi optiquement réduit, ce qui améliore les performances techniques de notre écran pour ce type de test.
Références
Leroux, C. E., Leahy, C., Dupuis, J., Fontvieille, C., & Bardin, F. (2024). Defining metrics of visual acuity from theoretical models of observers. Journal of Vision, 24(4), 14-14.
Leroux, C., Ouadi, S., Leahy, C., Marc, I., Fontvieille, C., & Bardin, F. (2023). Absolute prediction of relative changes in contrast sensitivity with aberrations using a single metric of retinal image quality. Biomedical optics express, 14(7), 3203-3212.
Leroux, C., Fontvieille, C., Leahy, C., Marc, I., & Bardin, F. (2022). Predicting the effects of defocus blur on contrast sensitivity with a model-based metric of retinal image quality. JOSA A, 39(10), 1866-1873.
Leroux, C. E., Bouchet, E., Espinasse, P., Fontvieille, C., & Bardin, F. (2021). Correlation between contrast sensitivity and modulation transfer functions. Optometry and Vision Science, 98(11), 1263-1269.
Instrumentation pour l’amélioration des diagnostiques cliniques
Nous développons aussi des instruments optiques innovants dans le but de proposer des diagnostics cliniques améliorés. L’instrument sur la photo jointe a pour but de caractériser la diffusion intraoculaire qui apparaît avec l’âge. Si le vieillissement du cristallin (« cataracte ») est naturel et opérable, il peut aussi masquer le dépistage d’autres risques visuels plus pathologiques. La caractérisation de la diffusion intraoculaire que nous souhaitons développer pourra être mise en relation de manière quantitative à des tests de lecture.
Instrument optique développé au laboratoire pour caractériser de manière objective l’impact de la diffusion intraoculaire sur la performance visuelle.
Physique statistique et sciences de la vision
Une autre recherche menée au laboratoire est la mise en perspective de certains processus visuels connus, à l’aide de méthodes d’analyse issues de la physique statistique. A titre d’exemple, nous avons proposé de décrire les fluctuations rapides de la distance de mise au point de l’œil par une marche aléatoire combinant deux phases de mouvement (une phase persistante aux temps courts, et anti-persistante aux temps longs).
Référence
Leroux, C. E., Leahy, C., Fontvieille, C., & Bardin, F. (2021). The random walk of accommodation fluctuations. Biomedical optics express, 12(11), 6897-6908.
Biophotonique – Interaction lumière-tissus biologiques
L’utilisation de lumière (IR, visible) permet la stimulation de tissus biologiques sans contact et sans modification préalable des cellules biologiques (neurones ganglionnaires de rétine, du vestibule). Des pulses lasers IR rouge de 2 à 8 ms à 1875 nm entrainent des dépolarisations et le déclenchement de potentiels d’action de neurones de ganglions dorso-rachidiens de souris adulte de culture. Nos études montrent que le mécanisme d’action provient des échauffements très rapides et localisés induits par absorption.
(Figure tirée de Paris et al. 2017) Déclenchement d’un potentiel d’action par un pulse laser de 8 ms d’un neurone de ganglion dorso-rachidien de culture.
L’utilisation de lumière LED visible permet l’étude de la fonctionnalité de photorécepteurs d’organoïdes rétiniens humains :
Stimulation par de la lumière LED visible de photorécepteurs rétiniens provenant d’un organoïde.
Références
Paris, L., Marc, I., Charlot, B., Dumas, M., Valmier, J., & Bardin, F. (2017). Millisecond infrared laser pulses depolarize and elicit action potentials on in-vitro dorsal root ganglion neurons. Biomedical optics express, 8(10), 4568-4578.
Burland, M., Paris, L., Quintana, P., Bec, J. M., Diouloufet, L., Sar, C., … & Bardin, F. (2015). Neurite growth acceleration of adult dorsal root ganglion neurons illuminated by low‐level light emitting diode light at 645 nm. Journal of Biophotonics, 8(6), 480-488. 10.1002/jbio.201400052
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