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Les insectes aux yeux composés ont-ils une perception de la profondeur ?

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Les insectes aux yeux composés ont-ils une perception de la profondeur ? Ils volent comme s'ils le faisaient, mais leurs yeux sont si rapprochés qu'il semble que l'image serait en 2 dimensions.


"1001 questions répondues sur les insectes" par Alexander Barrett et Elsie Broughton Klots comprend le passage suivant :

Les insectes ont-ils une perception de la profondeur ? La perception de la profondeur est importante pour un animal qui doit attraper sa proie ; heureusement la plupart des insectes l'ont dans une certaine mesure. Bien qu'ils n'aient pas une vision binoculaire comparable à celle de l'homme, il est vrai que lorsqu'un œil est couvert, leur perception de la profondeur est nettement affectée. Le critère de profondeur semble dépendre de l'angle de stimulation simultanée de deux points correspondants de la rétine des deux yeux.

Cependant, il ne mentionne pas spécifiquement les yeux composés.

Il peut exister d'autres méthodes pour obtenir une perception de la distance plutôt que la vision binoculaire observée chez l'homme. Cet article suggère qu'il existe des « preuves claires » que certains insectes perçoivent la profondeur en déplaçant leur tête pour créer artificiellement une parallaxe, qu'ils peuvent ensuite reconnaître et interpréter comme une profondeur et une distance. Ils citent la Mante religieuse comme exemple, qui a des yeux composés.


Le sens de la profondeur nous est nécessaire pour nous orienter dans un monde en 3D. Les insectes s'orientent dans le monde extérieur en 3D, grâce à la capacité de détecter le plan de polarisation de la lumière solaire, qui sert de boussole de navigation lors des expéditions de recherche de nourriture et au retour à la maison.

Vous pouvez trouver une bonne critique sur Current Biology (Krapp 2007) et une conférence sur la vision des insectes de l'Université Cornell.


Réponse courte:

Oui.

Nityananda et al. (2018) ont confirmé une nouvelle forme de vision stéréo en mettant de minuscules verres colorés sur des mantes religieuses.

(Université de Newcastle, Angleterre) [source]

Longue réponse

Fond

Stéréopsie = la perception de la profondeur et de la structure 3D obtenue à partir des informations visuelles de 2 yeux.

Les vertébrés (y compris les humains et tous les primates) utilisent la vision stéréoscopique pour percevoir la profondeur. Chaque œil voit des images légèrement différentes en fonction de leur orientation côte à côte, ce qui permet au cerveau de « calculer » la différence et de générer notre perception de la profondeur. Ceci est généralement accompli dans les organismes avec plus de 1 milliard de neurones dans le cerveau.

Nityananda et al. (2018) ont confirmé pour la première fois qu'un invertébré (avec seulement environ 1 million de neurones) est également capable de stéréopsie.

  • Les travaux de S. Rossel (et d'autres) dès 1983 avaient déjà suggéré que c'était le cas.

Plus précisément, leurs travaux ont montré qu'au lieu d'utiliser des corrélations de contraste d'image pour la stéréopsie…

La stéréopsie de la mante… repose sur la détection des changements de luminance à des positions correspondant aux disparités appropriées.

En d'autres termes, ils proposent que les mantes recherchent des changements dans les modèles de lumière au fil du temps - en gros, elles ne recherchent que le mouvement.

Vous pouvez lire leur article ici.

Sources

  1. Nityananda, V., Tarawneh, G., Henriksen, S., Umeton, D., Simmons, A. et Read, J.C., 2018. Une nouvelle forme de vision stéréo dans la mante religieuse. Biologie actuelle.

  2. Khan, Amina. 2018. Que voyez-vous lorsque vous mettez des lunettes miniatures sur des mantes religieuses ? Une nouvelle méthode pour la vision robotique. Los Angeles Times. Consulté en février 2018. http://www.latimes.com/science/sciencenow/la-sci-sn-praying-mantis-vision-20180209-story.html.

  3. Wikipédia. "Stéréopsie." Consulté en février 2018. https://en.wikipedia.org/wiki/Stereopsis.


Les insectes aux yeux composés ont-ils une perception de la profondeur ? La structure oculaire composée implique de nombreuses lentilles montées autour d'un dôme où l'image est redondante mais légèrement modifiée par la position de la lentille sur la surface du dôme. Cela fournit également une perception de la profondeur en plus de la vision binoculaire normale car ils ont deux yeux. Il s'agit d'une supposition aléatoire sans rechercher ni lire ce que d'autres ont étudié sur le sujet.


Yeux composés d'insectes et de crustacés : quelques exemples qui montrent qu'il reste encore beaucoup de travail à faire

Correspondance : Victor Benno Meyer-Rochow, Département de biologie, Université d'Oulu, P.O. Box 3000, FIN-90014 Oulu, Finlande. Tél : +49 421 6608778 fax : +81 49969-5427 e-mails : [email protected] et [email protected] Rechercher d'autres articles de cet auteur

Département de biologie, Université d'Oulu, P.O. Box 3000, FIN-90014 Oulu, Finlande

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Résumé

Les similitudes et les différences entre les 2 principaux types d'œil composé (apposition et superposition) sont brièvement expliquées avant d'introduire plusieurs sujets prometteurs pour la recherche sur les yeux composés. La recherche sur l'embryologie et le contrôle moléculaire du développement de l'œil à zone claire d'insecte avec optique de superposition est l'une des suggestions, car presque tous les travaux de développement sur les yeux d'insecte dans le passé se sont concentrés sur les yeux avec optique d'apposition. Les études ultrastructurales liées à l'âge et à l'habitat de l'organisation rétinienne sont une autre suggestion et le cerf cad Lipoptena cervi, qui présente une phase aérienne durant laquelle il est ailé suivie d'une phase parasitaire de plusieurs mois durant laquelle il est aptère, est mentionnée comme espèce candidate. Le dimorphisme sexuel s'exprimant chez de nombreuses espèces sous la forme d'une différence dans la structure et la fonction de l'œil offre un autre domaine prometteur pour les chercheurs sur l'œil composé. -les yeux de zone sont diagnostiques ou sont de minuscules insectes qui ne sont pas aquatiques, mais appartiennent à des taxons comme les Diptères par exemple, chez lesquels les rhabdomes ouverts plutôt que fermés sont la règle. Les structures telles que les poils et les glandes interommatidiennes ainsi que les micro-crêtes cornéennes sont un autre domaine qui pourrait donner des résultats intéressants et qui, dans le passé, n'ont pas été suffisamment pris en compte. Enfin, le manque d'informations sur la vision de loin et la perception de la profondeur est évoqué et un plaidoyer est fait pour examiner l'environnement photique à l'intérieur des abris en mousse des punaises, des chrysales de pupes et d'autres structures protégeant les insectes et les crustacés.


Biologie-Différents types d'yeux dans la nature

Les yeux sont des organes essentiels du système visuel. Ils détectent la lumière et la convertissent en impulsions électrochimiques transportées par les neurones jusqu'au cerveau, qui sont ensuite transformées en images. Le règne animal regorge d'yeux étonnants qui apparaissent et fonctionnent de manières radicalement différentes. Tous les yeux peuvent être classés en deux groupes : les « yeux simples » avec une surface photoréceptrice concave et les « yeux composés » qui comprennent un certain nombre de lentilles individuelles disposées sur une surface convexe. Notez que “simple” n'implique pas un faible niveau de complexité ou d'acuité.

Des yeux simples. L'œil humain est un exemple d'œil simple, qui utilise une seule lentille pour focaliser les images sur une membrane sensible à la lumière tapissant l'intérieur du globe oculaire appelée rétine.

Yeux composés. Le type que l'on trouve habituellement chez les insectes et les arthropodes, les yeux composés sont constitués de nombreuses lentilles individuelles. Chez les libellules, par exemple, un seul œil composé peut en avoir jusqu'à 10 000.

Certains yeux composés traitent une image en parallèle, chaque lentille envoyant son propre signal au cerveau de l'insecte ou de l'arthropode. Cela permet une détection de mouvement et une reconnaissance d'image rapides, ce qui est l'une des raisons pour lesquelles les mouches sont si difficiles à écraser.


Yeux composés d'insectes et de crustacés : quelques exemples qui montrent qu'il reste encore beaucoup de travail à faire

Correspondance : Victor Benno Meyer-Rochow, Département de biologie, Université d'Oulu, P.O. Box 3000, FIN-90014 Oulu, Finlande. Tél : +49 421 6608778 fax : +81 49969-5427 e-mails : [email protected] et [email protected] Rechercher d'autres articles de cet auteur

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Résumé

Les similitudes et les différences entre les 2 principaux types d'œil composé (apposition et superposition) sont brièvement expliquées avant d'introduire plusieurs sujets prometteurs pour la recherche sur les yeux composés. La recherche sur l'embryologie et le contrôle moléculaire du développement de l'œil à zone claire d'insecte avec optique de superposition est l'une des suggestions, car presque tous les travaux de développement sur les yeux d'insecte dans le passé se sont concentrés sur les yeux avec optique d'apposition. Les études ultrastructurales liées à l'âge et à l'habitat de l'organisation rétinienne sont une autre suggestion et le cerf cad Lipoptena cervi, qui présente une phase aérienne durant laquelle il est ailé suivie d'une phase parasitaire de plusieurs mois durant laquelle il est aptère, est mentionnée comme espèce candidate. Le dimorphisme sexuel s'exprimant chez de nombreuses espèces sous la forme d'une différence dans la structure et la fonction de l'œil offre un autre domaine prometteur pour les chercheurs sur l'œil composé. -les yeux de zone sont diagnostiques ou sont de minuscules insectes qui ne sont pas aquatiques, mais appartiennent à des taxons comme les Diptères par exemple, chez lesquels les rhabdomes ouverts plutôt que fermés sont la règle. Les structures telles que les poils et les glandes interommatidiennes ainsi que les micro-crêtes cornéennes sont un autre domaine qui pourrait donner des résultats intéressants et qui, dans le passé, n'ont pas été suffisamment pris en compte. Enfin, la pénurie d'informations sur la vision de loin et la perception de la profondeur est évoquée et un plaidoyer est fait pour examiner l'environnement photique à l'intérieur des abris en mousse des punaises, des chrysales de pupes et d'autres structures protégeant les insectes et les crustacés.


La toute nouvelle caméra composée est conçue comme un œil d'insecte

Pour réviser cet article, visitez Mon profil, puis Afficher les histoires enregistrées.

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Les scientifiques ont construit un appareil photo numérique inspiré des yeux composés d'insectes comme les abeilles et les mouches. Le réseau hémisphérique de 180 microlentilles de la caméra lui donne un champ de vision de 160 degrés et la possibilité de se concentrer simultanément sur des objets à différentes profondeurs.

Les yeux humains, et pratiquement toutes les caméras, utilisent un seul objectif pour focaliser la lumière sur un tissu ou un matériau sensible à la lumière. Cet arrangement peut produire des images haute résolution, mais les yeux composés offrent différents avantages. Ils peuvent par exemple offrir une vue plus panoramique et une perception de la profondeur remarquable.

La nouvelle version artificielle, créée par John Rogers et ses collègues de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign et décrite aujourd'hui dans La nature, pourrait potentiellement être développé pour être utilisé dans des caméras de sécurité ou des endoscopes chirurgicaux.

"La résolution est à peu près équivalente à celle d'une fourmi de feu ou d'un scolyte", a écrit Rogers dans un e-mail à Wired. "Avec des systèmes de fabrication plus proches de ceux de l'industrie, et moins des dispositifs de recherche académiques que nous utilisons actuellement, nous pensons qu'il est possible d'atteindre le niveau d'une libellule ou au-delà."

Dans un éditorial d'accompagnement, Alexander Borst et Johannes Plett du Max-Planck-Institute of Neurobiology à Martinsried, en Allemagne, suggèrent que les caméras pourraient également fournir des capacités visuelles pour de minuscules avions appelés micro-véhicules aériens. « Une application majeure est le secours en cas de catastrophe », ont-ils écrit. « Imaginez ce qui suit : un MAV de la taille d'une paume utilise un œil artificiel à facettes pour naviguer de manière autonome dans un bâtiment effondré tandis que d'autres capteurs à bord analysent l'environnement à la recherche de fumée, de radioactivité ou même de personnes piégées sous les décombres et les débris. »

Vraisemblablement, les ingénieurs qui construisent ces futurs MAV de sauvetage trouveront un moyen de s'assurer que les personnes qu'ils essaient d'aider ne les confondent pas avec des mouches et les écrasent.


Ommatidies adultes et tiges semblables à des ommatidies

Les ommatidies adultes les mieux étudiées sont peut-être celles des mouches (Fig. 1A) (Cagan et Ready, 1989), dans lesquelles l'ordre strict et cohérent de spécification cellulaire et de différenciation de chaque type de cellule contributrice a été bien caractérisé (Cagan et Ready, 1989 Charlton-Perkins et Cook, 2010 Kumar, 2012). Optiquement, l'œil composé de la mouche est un œil d'apposition focale spécialisé appelé organisation de superposition neuronale (Nilsson, 1989). Les zones photoréceptrices (rhabdomères) des photorécepteurs sont physiquement séparées (« rhabdom ouvert ») de sorte qu'elles captent la lumière provenant de directions légèrement différentes. Cela permet à l'œil de capturer plus de lumière en rassemblant neuronalement les sorties des photorécepteurs des ommatidies voisines (d'où le terme de superposition neuronale). Une caractéristique clé des ommatidies des mouches est la présence de deux photorécepteurs centraux (R7 et R8), qui sont situés l'un sur l'autre, une organisation que l'on retrouve également dans de nombreux stemmata, et que l'on appelle la hiérarchisation. Dans l'ommatidium oculaire composé typique, les deux niveaux fonctionnent comme une seule unité optique. Par exemple, dans les yeux composés des mouches adultes, la lentille focalise la lumière sur les extrémités distales du groupe de rhabdomères, et chaque rhabdomère agit comme une lumière ou un guide d'ondes, permettant à la lumière entrante de se propager sur toute sa longueur (pour examen, voir Warrant et McIntyre, 1993). Ce qui est remarquable dans cette organisation, c'est que la cellule réceptrice R8 proximale ne reçoit la lumière que par son homologue distale. En conséquence, les champs visuels des cellules distale et proximale sont identiques. Il en va de même pour les ommatidies adultes complètement étagées des lépidoptères (Fig. 1B pour Papilio) (Arikawa, 2003). Les détails de la capture de la lumière dans ces yeux composés sont légèrement différents (Nilsson et al., 1988), et leurs cellules de la rétine forment un seul rhabdom fusionné (constitué de neuf cellules qui forment principalement deux niveaux) qui n'échantillonne qu'un seul point dans l'espace. Ici aussi, cette structure agit comme un guide d'ondes, et les niveaux distal et proximal ont des champs récepteurs égaux.

L'organisation cellulaire des tiges ressemblant à des ommatidies reflète celle des ommatidies oculaires composées. A noter la présence de tiering : dans chacun de ces exemples, les photorécepteurs (R) sont situés les uns au-dessus des autres. L, lentille Ps, pseudocône Cr, cône cristallin P, cellule pigmentaire CoC, cellule cornée. (UNE) Drosophile après Cagan et Ready (Cagan et Ready, 1989), (B) Parnassius glacialis après Matsushita et al. (Matsushita et al., 2012), (C) Papilio xuthus, d'après Ichikawa et Tateda (Ichikawa et Tateda, 1982) et (D) Panorpa communis après Paulus (Paulus, 1979).

L'organisation cellulaire des tiges ressemblant à des ommatidies reflète celle des ommatidies oculaires composées. A noter la présence de tiering : dans chacun de ces exemples, les photorécepteurs (R) sont situés les uns au-dessus des autres. L, lentille Ps, pseudocône Cr, cône cristallin P, cellule pigmentaire CoC, cellule cornée. (UNE) Drosophile après Cagan et Ready (Cagan et Ready, 1989), (B) Parnassius glacialis après Matsushita et al. (Matsushita et al., 2012), (C) Papilio xuthus, d'après Ichikawa et Tateda (Ichikawa et Tateda, 1982) et (D) Panorpa communis après Paulus (Paulus, 1979).

Deux modes principaux de formation d'images. Les images sont modifiées à partir de publications précédentes (Land, 1981 Land et Nilsson, 2012). (A) La résolution spatiale peut être atteinte grâce à une rétine concave qui capture des images inversées (comme dans les yeux à sténopé et à chambre unique). (B) Alternativement, il peut être obtenu grâce à une courbure convexe qui capture des images verticales (comme dans les yeux composés).

Deux modes principaux de formation d'images. Les images sont modifiées à partir de publications précédentes (Land, 1981 Land et Nilsson, 2012). (A) La résolution spatiale peut être atteinte grâce à une rétine concave qui capture des images inversées (comme dans les yeux à sténopé et à chambre unique). (B) Alternativement, il peut être obtenu grâce à une courbure convexe qui capture des images verticales (comme dans les yeux composés).

Les tiges larvaires ressemblant à des ommatidies sont très courantes, et l'analyse de l'évolution des caractères soutient l'idée que ce type de tiges représente probablement la condition ancestrale (Fig. 3). Dans l'ensemble, ils suivent l'organisation cellulaire ommatidienne typique, mais optiquement, ils peuvent fonctionner de manière assez différente. L'exemple le mieux étudié ici est la contrepartie larvaire (Fig. 1C) de l'unité oculaire composée de lépidoptères adultes. En ce qui concerne l'organisation cellulaire, ces tiges rappellent fortement les ommatidies adultes, sauf qu'à la base du clade lépidoptère/trichoptère, une des cellules du cône doit s'être transformée en une cellule pigmentaire primaire (Paulus, 1979 Paulus et Schmidt, 1978). Optiquement, il a été démontré que dans les tiges du papillon machaon (Papilio xuthus), les sept photorécepteurs larvaires, malgré leur organisation fusionnée, ont des champs visuels de taille très variable. De plus, ces récepteurs échantillonnent des zones légèrement différentes dans l'espace (Ichikawa et Tateda, 1982). Ainsi, contrairement à leurs homologues adultes (qui n'échantillonnent qu'un seul point dans l'espace), ces stemmata fonctionnent déjà comme des yeux à chambre unique à très basse résolution, dans lesquels les images sont inversées. Dans cet exemple, une unité qui servait autrefois à échantillonner un seul point dans l'espace dans le cadre d'un œil composé convexe s'est transformée en un œil à chambre unique très basique.

Une caractéristique anatomique persistante de ces tiges et d'autres semblables à des ommatidies est que leurs rhabdoms, contrairement à leurs homologues adultes longs et étroits, ont tendance à être larges et robustes. En partie, ces changements de forme peuvent être liés à des têtes généralement très petites, qui ne peuvent tout simplement pas s'adapter à des unités ommatidiennes longues et étroites. Cependant, les différences optiques ici concernent les faibles F-des nombres (grandes ouvertures par rapport à leurs distances focales) qui se traduisent par des cônes de lumière incidente trop larges pour être efficacement piégés dans des rhabdoms de guidage de la lumière. Pour minimiser la perte de lumière vers les unités voisines et maximiser la capture de la lumière, il est avantageux que les rhabdomes larvaires soient relativement larges et robustes, et que la lumière soit probablement concentrée plus profondément dans leur rétine. Par exemple, dans les tiges de papillon, il a été proposé (Warrant et McIntyre, 1993) que la lumière puisse être focalisée près de l'extrémité des récepteurs proximaux, plutôt qu'à l'extrémité des récepteurs distaux, comme c'est généralement le cas pour les ommatidies dans lesquelles les rhabomes agissent. comme guides de lumière. De plus, la plupart des larves avec des tiges ressemblant à des ommatidies n'ont que quelques unités, mais pour mieux échantillonner l'espace visuel, celles-ci ont des champs visuels relativement plus grands que les ommatidies adultes. Dans Papilio, c'est particulièrement le cas pour les stemmas postérieurs. Par exemple, le stemma antérieur III de cette espèce a un champ récepteur de moins de 20 degrés, alors que dans le stemma postérieur VI il est de près de 60 degrés. Malgré les champs réceptifs élargis, ces larves de papillon présentent des écarts importants entre leurs six tiges et, par conséquent, elles effectuent des mouvements de balayage de la tête et du corps, en particulier lorsqu'elles s'approchent d'objets potentiellement intéressants (Ichikawa et Tateda, 1982).

Evolution des stemmas formateurs d'images. Analyse de l'évolution des caractères avec Mesquite (Maddison et Maddison, 2011), basée sur une phylogénie d'après Wiegmann et al. (Wiegmann et al., 2009) suggère que les stemmas semblables aux ommatidies sont ancestraux et que les stemmas sophistiqués formant des images ont évolué plusieurs fois de manière indépendante. Notez, cependant, que ce modèle évolutif est probablement incomplet, car les tiges de nombreux insectes n'ont pas été étudiées.

Evolution des stemmas formateurs d'images. Analyse de l'évolution des caractères avec Mesquite (Maddison et Maddison, 2011), basée sur une phylogénie d'après Wiegmann et al. (Wiegmann et al., 2009) suggère que les stemmas de type ommatidies sont ancestraux et que les stemmas sophistiqués formant des images ont évolué plusieurs fois de manière indépendante. Notez, cependant, que ce modèle évolutif est probablement incomplet, car les tiges de nombreux insectes n'ont pas été étudiées.

Certains autres stemmata simples sont légèrement plus modifiés. Par exemple, les trichoptères, qui sont considérés comme le groupe frère des lépidoptères, ont typiquement sept tiges souches structurellement similaires mais dépourvues de lentilles qui sont disposées en cercle (Paulus, 1979 Paulus et Schmidt, 1978). Intégrapalpie n'a que six stemmata, mais l'un d'eux représente une unité fusionnée de deux stemmata, indiquée par un doublement du nombre de cellules de chaque type. Une telle fusion peut compliquer l'interprétation de l'origine évolutive de tiges spécifiques, mais est également assez courante dans d'autres groupes holométaboles tels que les diptères et les coléoptères (Liu et Friedrich, 2004 Paulus, 1989 Paulus, 1979).

Parmi les tiges les plus ressemblant à des ommatidies se trouvent celles des Mecoptera. Alors que chez certains mécoptères, comme les mouches scorpions (Melzer et al., 1994), les tiges sont réduites, les membres de Panorpa, Neopanorpa et Choriste ont des larves avec des yeux composés réels avec 30 unités ou plus (Byers et Thornhill, 1983). Dans Panorpa, chaque unité est caractérisée par une lentille biconvexe, quatre cellules de Semper qui donnent naissance à un cône cristallin eucone presque sphérique, deux cellules pigmentaires primaires et huit cellules rétiniennes disposées sur deux niveaux (Fig. 1D) (Chen et al. , 2012 Paulus, 1979). Bien qu'il ne soit pas clair comment ces stemmata fonctionnent optiquement, la forme générale (y compris un faible F-number) rappelle les tiges des lépidoptères, ce qui soulève la possibilité que même chez cette espèce, deux niveaux de récepteurs échantillonnent des champs visuels quelque peu différents.


La minuscule caméra à œil composé voit le monde comme les fourmis le font

Avec une grande perception de la profondeur et un grand champ de vision, il pourrait ouvrir une nouvelle vue d'œil d'insecte dans l'imagerie.

Ce nouvel appareil photo vous offre une vue d'ensemble de la vie, littéralement. Avec 180 éléments d'imagerie individuels disposés dans un dôme, il fonctionne comme les yeux composés des insectes. Comme les yeux d'insectes, il a une grande perception de la profondeur et peut voir près de 180 degrés tout autour.

Les chercheurs ont fabriqué différentes caméras oculaires composées pendant des années. La recherche pourrait porter sur les futures caméras espion ou endoscopes, ces caméras fines et longues que les médecins utilisent pour regarder à l'intérieur des cavités corporelles. Ce nouveau prototype, cependant, est exceptionnellement petit et arrondi, ont écrit ses créateurs dans un article publié aujourd'hui dans la revue La nature.

L'équipe d'ingénieurs, des États-Unis, de la Corée du Sud, de Singapour et de la Chine, a développé de minuscules dispositifs d'imagerie qui fonctionnent chacun un peu comme un ommatidium, les « petits yeux » individuels qui composent un œil composé d'insecte. L'objectif au sommet des appareils d'imagerie de la caméra est analogue aux cornées ommatidium, tandis que les poteaux sur lesquels reposent les objectifs ressemblent à des cônes ommatidium.

Les chercheurs fabriquent les ommatidies artificielles dans un réseau plat et circulaire, en utilisant des matériaux caoutchouteux qu'ils peuvent ensuite facilement gonfler dans un hémisphère, comme gonfler un ballon. L'électronique des caméras est intégrée dans le matériau dans un maillage.

Avec le branchement

Cette forme hémisphérique permet à l'appareil photo de prendre des images à 160 degrés autour d'elle sans distorsion sur les bords, car chaque petit ommatidium fonctionne indépendamment. Pendant ce temps, chacune des distances focales courtes de l'objectif signifie que l'appareil photo ne perd pas la mise au point sur les objets proches ou éloignés.

Tout comme les yeux d'insectes, un gros inconvénient de la caméra composée est que sa résolution est faible. Chaque ommatidium crée un pixel dans une image. Les yeux des mammifères et les caméras ordinaires qui leur sont inspirées ont une résolution plus élevée. Néanmoins, de nombreux insectes se déplacent dans le monde avec seulement 180 ommatidies, ont écrit les ingénieurs, y compris les fourmis de feu et les scolytes.


Contenu

Les yeux caméléon ont une lentille négative, ce qui signifie que la lentille est concave. Cela augmente la taille de l'image rétinienne, permettant une mise au point plus précise. [3] [4] En fait, le grossissement de l'image chez les caméléons est plus élevé par rapport à tous les autres yeux des vertébrés. [4]

Alors que le cristallin est négatif, la cornée des yeux du caméléon est positive, ce qui signifie qu'elle est convexe. La puissance accrue de la cornée contribue également à une mise au point plus précise que chez les autres vertébrés. [3] La cornée améliore la résolution visuelle dans un champ de vision plus étroit. [3]

La combinaison d'une lentille négative et d'une cornée positive dans l'œil du caméléon permet une mise au point précise par l'accommodation cornéenne. [4] L'utilisation de l'accommodation cornéenne pour la perception de la profondeur [5] fait du caméléon le seul vertébré à se concentrer de manière monoculaire. [1] Alors que la vue est principalement indépendante dans les deux yeux du caméléon, l'œil qui détecte en premier la proie guidera l'accommodation dans l'autre œil. [3] Contrairement à la croyance précédente selon laquelle les caméléons utilisaient la stéréopsie (les deux yeux) pour la perception de la profondeur, la recherche a montré que la focalisation monoculaire était plus probable. [6] Selon l'étape du caméléon dans la séquence de prédation, l'accommodation cornéenne peut être couplée, ce qui signifie que les yeux se concentrent indépendamment sur le même objet. [3] Lors de l'analyse de l'environnement et de l'évaluation de la distance par rapport à une proie, la vision et l'accommodation sont découplées : les yeux se concentrent sur différents objets, tels que l'environnement et la proie nouvellement aperçue. Immédiatement avant que la langue caractéristique du caméléon ne soit étendue, l'accommodation dans les deux yeux est couplée : les deux yeux se concentrent indépendamment sur la proie. [3] L'alignement imprécis des images de chaque œil, tel que démontré en mesurant divers angles de l'œil à la cible, montre que la stéréopsie est peu probable pour la perception de la profondeur du caméléon. [3]

Le point nodal de l'œil est le point où « les lignes reliant les points de la scène et les points correspondants de l'image se croisent ». [5] Chez les caméléons, le point nodal est situé à une distance significative avant le centre de rotation, le point autour duquel l'œil tourne dans l'orbite. En raison de cette séparation des points nodaux, les images d'objets se déplacent plus ou moins sur la rétine en fonction de leur distance par rapport au caméléon. La position d'une image sur la rétine est le "principal moyen par lequel les caméléons jugent la distance". [3] Par conséquent, la rotation d'un œil informe le caméléon des "distances relatives des différents objets". [5] Un effet important de la capacité de juger la distance avec un œil est que la tête n'a pas besoin d'être tournée pour permettre une vision stéréooptique de l'objet. [7]

Les caméléons comme transition évolutive vers la stéréopsie Modifier

Une théorie suggérée pour l'évolution de la vision squamate est que l'accommodation cornéenne et la perception de la profondeur monoculaire sont des mécanismes « primitifs » par rapport à la vision binoculaire et à la stéréopsie. [3] Les caméléons utilisent une stratégie alternative à la stéréopsie dans le couplage fonctionnel des yeux juste avant le coup de langue. Cela diffère de la stéréopsie en ce que les images des deux yeux ne sont pas réconciliées en une seule. Cependant, il est possible que cela ait d'abord été utilisé pour la réduction statique neurale. [3] Cela suggère que les caméléons pourraient être considérés comme une transition entre l'utilisation des yeux indépendante et couplée. [8] Cependant, il est également possible que le système de vision caméléon soit un mode alternatif, tout aussi efficace de capture de proies et d'évitement des prédateurs, et peut-être plus approprié pour la niche du caméléon en tant que chasseur arboricole camouflé que d'autres systèmes de vision.

Causes des proies/prédateurs du développement des yeux du caméléon Modifier

Le caméléon, un lézard camouflé et lent, est un chasseur arboricole qui cache et tend des embuscades à ses proies. [2] Les proies et les prédateurs peuvent être observés et surveillés en utilisant la perception de la profondeur monoculaire. De plus, la séparation des points nodaux permet de juger de la distance d'un seul œil, de sorte que le caméléon a besoin d'un mouvement de tête minimal pour observer son environnement, renforçant la stratégie caméléon de la discrétion. [5]

Capture de proie Modifier

La stratégie spécialisée par laquelle les caméléons capturent leurs proies se reflète dans leur anatomie sensorielle et leur utilisation, en particulier celle de la vision. [2] Premièrement, la proie est aperçue et la distance évaluée à l'aide d'un œil. [6] Pour éviter la détection par une proie, un caméléon utilise un mouvement de tête minimal, rendu possible par la séparation des points nodaux. [5] Le caméléon tourne alors lentement la tête vers la proie. Les deux yeux se concentrent indépendamment sur la proie avant le coup de langue. [3]

Évitement des prédateurs Modifier

La réponse d'évitement des prédateurs caméléons est médiée par la vision. [1] Pour éviter les prédateurs, les caméléons utilisent un mouvement de tête minimal et une méthode unique pour surveiller les menaces potentielles. En raison de la séparation des points nodaux, un caméléon peut évaluer la distance par rapport à une menace potentielle avec un mouvement de tête minimal nécessaire. Lorsqu'ils sont confrontés à une menace potentielle, les caméléons font pivoter leur corps élancé de l'autre côté de leur perchoir pour éviter d'être détectés. [1] Ils continueront à se déplacer autour de la branche pour garder la branche entre eux et la menace et pour garder la menace dans leur ligne de mire. [1] Si la branche est étroite, un caméléon peut observer une menace binoculaire autour de la branche. Alors qu'une branche large peut présenter une difficulté de perception de la profondeur pour un autre lézard car il est obligé de voir la menace de manière monoculaire, un caméléon en raison de l'accommodation cornéenne et de la séparation des points nodaux peut juger de la distance entre lui-même et une menace potentielle avec un seul œil voyant la menace . [1]

Comparaison avec le lançon Modifier

Alors que l'œil caméléon est unique chez les lézards, des parallèles existent chez d'autres animaux. En particulier, le poisson fouisseur barré partage des caractéristiques de vision clés avec le caméléon. En effet, les circonstances environnementales telles que la nécessité de capturer rapidement des proies camouflées qui ont conduit au développement de l'œil caméléon semblent avoir également agi sur le poisson fouisseur de sable. [7] Les attaques prédatrices rapides sont rendues possibles par le caméléon et les muscles cornéens striés des sandlances permettant l'accommodation cornéenne, une lentille de puissance réduite et une puissance cornéenne accrue. [3] Une couverture presque complète des paupières et le manque de mouvement de la tête en raison de la séparation nodale réduisent la visibilité des proies et des prédateurs. [7]


J'ai imaginé quelques possibilités. L'un serait un œil composé mais avec chaque lentille modifiable et menant non pas à un récepteur mais à un globe oculaire en contenant plusieurs. En dehors de cela, vous auriez un arrangement géodésique, de sorte que chaque mini œil reçoive une image non déformée. Le cerveau aurait besoin de traiter une image beaucoup plus complexe.

Je peux voir comment vous pourriez obtenir plus de récepteurs par unité de volume car une plus grande partie de ce volume est occupée par une surface. Une rétine détachée aurait également beaucoup moins d'effet car elle implique un pourcentage beaucoup plus faible de la rétine de cet œil. Avec chaque sous-œil capable de se concentrer indépendamment. Cela signifierait que plus d'informations pourraient être mises au point en même temps.

L'avantage de cette conception est que vous pouvez augmenter la gamme de récepteurs de couleurs sans affecter la résolution. Si vous changez l'œil humain de trois types de cônes à six, vous réduisez de moitié la résolution. Ici, il y a un chevauchement, donc six ou même neuf cônes de couleur ne réduiraient pas la qualité de l'image.

Les motoneurones nécessaires au contrôle, sans parler du cortex visuel, seraient scandaleux. Cela va être un facteur limitant sérieux de cette conception, tout comme l'augmentation du nombre de muscles, en raison de l'augmentation de la complexité. Le mouvement des yeux serait réduit, en raison du poids extrême, mais vous pouvez avoir des yeux statiques qui ont une vision de 180'x180'.

I don't see anything fundamentally wrong with this design, it's just a giant compound eye with a mini eyeball minus cornea behind each hard lens. It almost certainly can't occur naturally, although I should emphasize "almost", but it requires nothing that is impossible in nature.

The complexity reduces the reliability of parts even as the criticality of a part is reduced.

In such an arrangement, where two physically distinct eyes can see the same thing, you'd have stereoscopic vision, but you'd have nearly all-round vision at the same time. Most of it would be pseudo-3D as you'd get very basic depth information from the compound eyes.

Space restrictions mean this would really require an animal with essentially no other sense. Some of Carl Sagan's Jovian predator lifeforms could benefit from such eyes if they were engineered.


Do All Insect Species Possess The Same Sets Of Eyes?

In addition to having multiple legs, you may have noticed that insects possess multiple eyes as well. Considering this trait, it goes without saying that insects do not see the world in the way humans do. Since insects possess several eyes, you may be inclined to assume that their eyesight is superior to a humans. But given the many significant differences between the types of eyes that exist in nature, making a cut and dry comparison between insect eyes and human eyes is not so easy to do. In some aspects, such as color recognition, humans usually have superior vision, but many insects are capable of perceiving 360 degrees of their surrounding environment, which would be like a human having eyes on the back of his/her head. Many insects can also perceive ultraviolet light, which is entirely invisible to the human eye. It is also true that the eyesight of insects différer tremendously from species to species in terms of acuity, depth perception, color recognition and many other factors.

Most insect species have two types of eyes, simple and compound. A simple eye, which is referred to as ocello (singular) and ocelli (plural), is a small eye that is made of just one lens. Compound eyes are the larger eyes that can be seen bulging on either side of an insect’s head. These eyes contain many small lenses, sometimes thousands. Adult insects have one set of compound eyes, but many people fail to take note of the three ocelli located in a triangular formation on the top of an insect’s head. Insects that undergo a complete metamorphosis, like butterflies, beetles and flies, are born only with ocelli and no compound eyes. For these insects, compound eyes become fully developed in adulthood. Insects that undergo incomplete metamorphosis, like grasshoppers, stink bugs, dragonflies and mayflies, have both ocelli and compound eyes during their nymphal stage and into adulthood. The ocelli perceive light and movement, while compound eyes provide a general, but not detailed, panoramic picture of the surrounding environment. Most parasitic insects, such as fleas, have only ocelli and no compound eyes, as their tiny environment makes compound eyes unnecessary.

Have you ever noticed a triangular pattern of tiny eyes on the top of an insect’s head?