Biophysique de l'audition et de la vision

Le son est une onde mécanique longitudinale qui nécessite un milieu matériel pour se propager. Il est caractérisé par sa fréquence (en Hertz, Hz), perçue comme la hauteur, et par son intensité, liée à la pression acoustique. L'oreille humaine est sensible aux fréquences comprises entre 20 Hz et 20 000 Hz, avec un maximum de sensibilité vers 3 000 Hz. Le niveau sonore s'exprime en décibels (dB), une échelle logarithmique qui reflète la réponse non linéaire de notre audition. Comprendre ces bases physiques est essentiel pour appréhender le fonctionnement de l'oreille.

L'oreille externe capte les ondes sonores et les dirige vers le tympan, qui vibre. Dans l'oreille moyenne, les osselets (marteau, enclume, étrier) amplifient ces vibrations et les transmettent à la fenêtre ovale. L'oreille interne contient la cochlée, un tube enroulé rempli de liquide. Les vibrations créent une onde de pression dans la périlymphe, qui fait osciller la membrane basilaire. Les cellules ciliées, situées sur cette membrane, convertissent le mouvement mécanique en signal électrique : c'est la transduction mécano-électrique.

La lumière est une onde électromagnétique visible entre 400 nm (violet) et 700 nm (rouge). L'œil fonctionne comme un système optique : la cornée et le cristallin focalisent les rayons lumineux sur la rétine. Le cristallin est une lentille convergente dont la vergence peut varier grâce aux muscles ciliaires, permettant l'accommodation. La formule de conjugaison des lentilles minces, 1/f = 1/dₒ + 1/dᵢ, s'applique en première approximation, avec dᵢ fixe (distance cristallin-rétine) et f variable.

La rétine contient deux types de photorécepteurs : les cônes (vision diurne, couleurs) et les bâtonnets (vision nocturne). Dans l'obscurité, les photorécepteurs sont dépolarisés et libèrent du glutamate. L'absorption d'un photon par un pigment (rhodopsine) déclenche une cascade enzymatique qui diminue la concentration de GMPc, ferme les canaux Na⁺ et hyperpolarise la cellule. Cette hyperpolarisation réduit la libération de glutamate, ce qui constitue le signal transmis aux cellules bipolaires puis aux cellules ganglionnaires, dont les axones forment le nerf optique.