Vision stéréoscopique et test de stéréopsie

Points clés en un coup d’œil

La vision stéréoscopique est une fonction par laquelle le cerveau détecte la disparité binoculaire et la convertit en profondeur, et constitue le stade le plus élevé de la vision binoculaire.
La vision binoculaire se compose de trois étapes : vision simultanée, fusion et vision stéréoscopique. La vision stéréoscopique n’est acquise qu’après l’établissement de la fusion.
La vision stéréoscopique commence à se développer entre 3 et 6 mois après la naissance, et l’acquisition d’une vision stéréoscopique fine nécessite une correction de l’alignement oculaire pendant la période critique (dans les semaines ou mois suivant la naissance).
Quantifié en secondes d’arc, plus la valeur est faible, plus la vision stéréoscopique est précise.
Les tests de vision stéréoscopique se divisent en tests statiques (Titmus, TNO, Lang, Frisby stereo test, etc.) et tests dynamiques (méthode des trois baguettes, etc.).
Le strabisme, l’amblyopie, la cataracte congénitale et l’anisométropie sont les principales causes de déficit de la vision stéréoscopique.
Il a été rapporté que l’entraînement avec des jeux vidéo 3D améliore la vision stéréoscopique de 33 % chez les adultes normaux.

1. Qu’est-ce que la vision stéréoscopique ?

La vision stéréoscopique (stéréopsie) est la fonction par laquelle le cerveau détecte le décalage horizontal des images (disparité binoculaire) projetées sur les rétines gauche et droite d’un objet visuel et le convertit en profondeur. Elle est considérée comme la fonction la plus élevée de la vision binoculaire, permettant la perception de la profondeur par la reconstruction de la disparité binoculaire.

Le terme vient du grec « solid » (solide) et « power of sight » (pouvoir de voir). Dans les années 1830, Charles Wheatstone a proposé le concept de disparité binoculaire, montrant que lorsque les deux yeux fixent un point dans l’espace, les objets proches et lointains forment des images à des positions différentes sur la rétine.

Structure à trois niveaux de la vision binoculaire : vision simultanée (simultaneous perception) → fusion (fusion) → stéréopsie (stereopsis). La stéréopsie ne peut être acquise qu’après l’établissement de la fusion.

La précision de la vision stéréoscopique est quantifiée en secondes d’arc (seconds of arc). La relation est la suivante : 360° → chaque degré = 60 minutes d’arc → chaque minute = 60 secondes d’arc. Plus la valeur est petite, plus la précision est élevée. En cas de vision stéréoscopique normale, une perception de profondeur suffisamment précise pour distinguer une différence de profondeur de 8 cm à une distance de 10 m est possible.

Il est nécessaire de clarifier la différence entre la vision stéréoscopique et la perception quotidienne de la profondeur. La vision stéréoscopique est une sensation obtenue par le traitement de l’information des deux yeux, mais la sensation de profondeur dite tridimensionnelle peut également être obtenue par des indices de profondeur monoculaires (perspective linéaire, taille, texture, etc.). Même sans vision stéréoscopique, le monde n’apparaît pas plat, et cela entraîne rarement des difficultés majeures dans les activités quotidiennes.

Développement et période critique : La vision stéréoscopique n’est pas présente à la naissance ; elle commence à se développer vers l’âge de 3 mois, lorsque la position des yeux se stabilise. La sensibilité est maximale entre 6 mois et 1 an, et disparaît vers l’âge de 15 ans. L’acquisition de la stéréopsie fine nécessite une correction de la position des yeux dans les premières semaines à quelques mois au plus tard ; une chirurgie après cette période, jusqu’à environ 2 ans, ne permet d’acquérir qu’une stéréopsie grossière.

Q Est-ce que l'absence de vision stéréoscopique gêne la vie quotidienne ?

Même sans vision stéréoscopique, la perception de la profondeur est possible grâce à des indices monoculaires comme la perspective linéaire ou les variations de taille, donc les activités quotidiennes ne sont généralement pas gravement perturbées. Cependant, la perception précise de la profondeur, comme distinguer une différence de 8 cm à 10 mètres, n’est possible qu’avec la vision stéréoscopique, ce qui peut entraîner des difficultés pour attraper une balle ou effectuer des tâches précises.

2. Principaux symptômes et signes cliniques

Symptômes subjectifs

Difficulté à prendre conscience d’un déficit de vision stéréoscopique : Comme la vie quotidienne est possible grâce aux indices monoculaires, le déficit lui-même est difficile à percevoir.
Anomalies avec les images 3D : Si les objets ne semblent pas sortir de l’écran dans les films, téléviseurs ou jeux 3D, cela peut indiquer une absence de vision stéréoscopique.
Difficultés dans les tâches de précision : Des difficultés peuvent survenir dans des situations nécessitant une précision de profondeur, comme enfiler une aiguille ou attraper une balle.
Diplopie : en cas de strabisme, le patient peut se plaindre de diplopie (vision double).

Signes cliniques (constatés par le médecin)

Strabisme (tropie) : désalignement des deux yeux. Détection des tropies par le test cover-uncover.
Torticolis oculaire : signe d’adaptation à une déviation incomitante pour maintenir la vision binoculaire.
Amblyopie : survient lorsque la différence d’acuité visuelle dépasse la capacité de compensation cérébrale. Le cerveau supprime l’image de l’œil le plus faible, entraînant une amblyopie.
Suppression : le cerveau supprime la vision d’un œil. Détectée par le test des 4 points de Worth ou le verre strié de Bagolini.
Correspondance rétinienne anormale : adaptation sensorielle anormale associée au strabisme. Évaluée par le test de Bagolini ou le test d’image rémanente.

3. Causes et facteurs de risque

Pour qu’une vision binoculaire normale s’établisse, les trois conditions suivantes sont nécessaires.

Absence de strabisme constant
Faible différence d’acuité visuelle et de réfraction entre les deux yeux, permettant la fusion
Correspondance rétinienne normale

Les facteurs suivants qui entravent ces processus sont les principales causes de la perte de la vision stéréoscopique.

Strabisme : la cause la plus importante. Dans le strabisme constant, la vision binoculaire normale ne se développe pas. L’exotropie, débutant souvent par intermittence, préserve relativement bien la vision binoculaire, mais l’ésotropie, n’étant pas orthophorique dès le départ, nécessite une correction précoce par prismes ou chirurgie.
Microtropie : même un très petit angle de strabisme peut facilement entraîner une suppression, rendant difficile l’obtention d’une vision binoculaire normale.
Amblyopie : l’amblyopie anisométropique, strabique et par privation de forme sont toutes des causes de perte de la vision stéréoscopique.
Anisométropie : la différence de réfraction entre les deux yeux empêche la fusion et conduit à une perte de la vision stéréoscopique.
Cataracte congénitale : si elle n’est pas corrigée suffisamment tôt, la vision simultanée ne peut pas se développer.
Aniséiconie : lorsque la taille de l’objet projeté sur la rétine diffère considérablement entre les deux yeux.

Les interruptions visuelles au cours des huit premières années de vie peuvent entraver le développement de la perception visuelle, quelle que soit leur gravité ou leur durée. Les interruptions visuelles survenant après cette période n’entraînent pas de perte de la vision stéréoscopique, mais des changements adaptatifs se produisent.

Q Jusqu'à quel âge la vision stéréoscopique se développe-t-elle chez l'enfant ?

La vision stéréoscopique commence à se développer vers l’âge de 3 mois et atteint sa sensibilité maximale entre 6 mois et 1 an. Pour acquérir une vision stéréoscopique fine, une correction de la position des yeux est nécessaire dans les premières semaines ou mois de vie ; après cette période, seule une vision stéréoscopique grossière peut être obtenue. La période critique pour l’acuité visuelle dure jusqu’à 8 ans (en pratique clinique, une amélioration est possible jusqu’à environ 10 ans), mais la période sensible de la fonction binoculaire se termine plus tôt que celle de la vision stéréoscopique et de l’acuité visuelle.

4. Diagnostic et méthodes d’examen

Les tests de vision stéréoscopique sont tous subjectifs. Pour interpréter correctement les réponses du patient, il est essentiel de comprendre les fonctions visuelles binoculaires normales et anormales ainsi que les caractéristiques de chaque méthode de test.

Principes de sélection des conditions de test : La fusion devient plus difficile à mesure que la pièce s’assombrit. La suppression est plus facile à provoquer dans des conditions proches de la vision quotidienne, et plus difficile à provoquer dans des conditions éloignées de la vision quotidienne. Il est nécessaire de modifier la méthode et les conditions de test selon que l’on souhaite connaître l’état de la vision binoculaire en vision quotidienne ou la capacité binoculaire potentielle. De plus, les tests de fonction sensorielle doivent être effectués avant les tests de dissociation (comme le test d’occlusion).

Les tests de vision stéréoscopique sont divisés en tests statiques et tests dynamiques. Les tests statiques sont ensuite classés selon la méthode de séparation binoculaire : polarisation, rouge-vert, stéréoscopie réelle, diffraction cylindrique et sans lunettes de séparation.

Voici un aperçu des principaux tests de vision stéréoscopique de près :

Nom du test	Méthode de séparation	Plage de disparité (secondes d’arc)	Âge approprié	Caractéristiques
Test de stéréoscopie de Titmus	Polarisation	40 à 3 000 secondes d’arc	À partir de 2 ans	Le plus courant. Possibilité de faux positifs
Test de stéréoscopie TNO	Rouge-vert	15 à 480 secondes d’arc	À partir de 2,5 ans	Pas de faux positifs. Excellent pour l’évaluation de la vision stéréoscopique avancée
Test stéréoscopique de Frisby	Aucun (stéréogramme réel)	20 à 600″	À partir de 3 ans	Le plus proche de la vision quotidienne
Test stéréoscopique de Lang	Diffraction cylindrique	200 à 1 200″	À partir de 2 ans	Pas de lunettes nécessaire. Adapté au dépistage
Test stéréoscopique de Randot	Polarisation	20 à 500 secondes d’arc	À partir de 2 ans	Points aléatoires. Faible taux de faux positifs

Test stéréoscopique de Titmus (polarisation)

C’est le test de vision stéréoscopique de près le plus couramment utilisé. Il sépare les deux yeux avec des lunettes polarisantes et permet de tester dans des conditions proches de la vision quotidienne. Il est réalisé à une distance de 40 cm avec une correction complète.

La composition et la procédure sont les suivantes :

Mouche : disparité d’environ 3 000″. Vérifier si l’aile peut être saisie (évaluation grossière de la présence de vision stéréoscopique).
Animal : chat 400″, lapin 200″, singe 100″.
Cercle : (1) 800″ → (2) 400″ → (3) 200″ → (4) 140″ → (5) 100″ → (6) 80″ → (7) 60″ → (8) 50″ → (9) 40″ (9 niveaux).

L’inconvénient est que, en raison du motif solide, des faux positifs dus à des indices monoculaires peuvent se produire. Lorsque les plaintes sont ambiguës, retourner les lunettes et vérifier la perception de la profondeur. Il est également possible de détecter la suppression en utilisant R/L sous la mouche et le cercle (1).

Test stéréoscopique TNO (méthode rouge-vert)

Test de vision stéréoscopique de près utilisant un motif de points aléatoires. Les deux yeux sont séparés par des lunettes rouge-vert. Ce test est très éloigné de la vision quotidienne et se déroule dans des conditions où la suppression est facile. Il est réalisé à une distance de 40 cm sous correction complète.

La principale caractéristique est l’absence de faux positifs dus aux indices monoculaires ; si le résultat du test TNO est bon, on peut conclure à une fonction stéréoscopique élevée.

Planches I à III : Dépistage pour nourrissons (figures à grande disparité, reconnaissables même avec un seul œil).
Planche IV : Plaque de test de suppression.
Planches V à VII : Pour quantification. V=480″·240″, VI=120″·60″, VII=30″·15″.

Test de Lang (méthode de diffraction cylindrique)

Il s’agit d’un test de vision stéréoscopique de près utilisant une feuille intégrant un réseau de diffraction (lenticulaire). Il peut être réalisé sans lunettes de test et convient même aux enfants d’environ 2 ans. Il est largement utilisé comme outil de dépistage lors des examens de santé des enfants de 3 ans et des examens scolaires.

LANG I : chat 1 200″ · étoile 600″ · voiture 550″.
LANG II : éléphant 600″ · voiture 400″ · lune 200″. Une étoile sans disparité (pour vérifier la compréhension) est également présente.
LANG-STEREOPAD® : étoile 1 000″ · voiture 600″ · chat 400″ · lune 200″ · soleil 100″ · étoile 50″. Les cibles peuvent être librement fixées.

Bien qu’il s’agisse d’un motif de points aléatoires, l’inclinaison de la plaque peut révéler des indices monoculaires. La plaque doit toujours être présentée de face au patient.

Test stéréoscopique de Frisby (stéréopsie réelle)

Deux plaques en plastique transparent sont utilisées. Un motif identique est imprimé à l’avant et trois à l’arrière, l’épaisseur de la plaque créant la disparité. Il existe trois épaisseurs différentes (6 mm, 3 mm, 1,5 mm) et la disparité peut être modifiée en variant la distance d’examen. Comme le test utilise des objets réels sans lunettes spéciales, il permet une évaluation de la stéréopsie très proche de la vision quotidienne. Âge d’application : à partir de 3 ans, disparité stéréoscopique : 600 à 20 secondes d’arc, distance d’examen : 30 à 80 cm.

Test de stéréopsie pratique sans lunettes de séparation

Test des deux crayons : aligner les pointes de deux crayons. Âge d’application : à partir de 2 ans, disparité stéréoscopique d’environ 3 000 à 5 000 secondes d’arc. Réalisé à 33 cm devant l’examinateur. Très proche de la vision de près quotidienne et extrêmement simple. Si possible en binoculaire mais échoue en monoculaire, on considère qu’il existe une fonction binoculaire pratique.
Test du passage de l’anneau : passer un fil métallique en forme de crochet à travers un anneau de 2 à 3 cm de diamètre. Âge d’application : à partir de 3 ans, disparité stéréoscopique d’environ 2 000 à 3 000 secondes d’arc. Moins d’indices monoculaires que le test des deux crayons, nécessitant une stéréopsie plus précise.

Ces tests pratiques peuvent être réussis après entraînement, ils sont donc considérés comme une évaluation grossière de la perception de la profondeur en vision de près plutôt qu’une mesure stricte de la fonction stéréoscopique.

Autres méthodes d’examen

Randot preschool stereotest・Random dot butterfly : méthode polarisée. Utilise un motif de points aléatoires, peu de faux positifs.
Pola test : méthode polarisée. Âge d’application à partir de 2,5 ans, distance d’examen 500 cm. Évalue la présence de stéréopsie de loin (test qualitatif).
Grand synoptophore (synoptophore) : projette des cibles sur les fovéas des deux yeux, permettant d’évaluer la stéréopsie même en cas de strabisme manifeste. Stéréopsie de loin 90 à 720 secondes d’arc. Âge d’application à partir de 4 ans.
Test des trois bâtonnets : test de stéréopsie dynamique représentatif. Évalue la perception de la profondeur dans des conditions de mouvement de la cible.
3D multi vision tester : statique 5 000 à 135 secondes d’arc, dynamique 2 700/1 500/1 000 secondes d’arc. Distance d’examen 50 cm.

Q Quelle est la différence entre le test stéréoscopique de Titmus et le test stéréoscopique TNO ?

Le test de Titmus utilise la polarisation et un motif solide, ce qui peut entraîner des faux positifs dus à des indices monoculaires. Le TNO utilise le rouge-vert et un motif de points aléatoires, sans faux positifs ; un bon résultat au TNO indique une fonction stéréoscopique élevée. Le test de Titmus est adapté à une évaluation dans des conditions proches de la vision quotidienne, tandis que le TNO convient à une quantification stricte de la fonction stéréoscopique.

5. Traitement standard

Il n’existe pas de traitement standard direct pour le déficit de vision stéréoscopique lui-même ; le traitement de la maladie sous-jacente est fondamental.

Chirurgie du strabisme : Correction de l’alignement oculaire pour améliorer la vision binoculaire. La récupération d’une stéréopsie de haut niveau nécessite une bonne acuité visuelle dans chaque œil, un bon alignement oculaire et un potentiel binoculaire de base. La vision binoculaire de bas niveau (vision simultanée, fusion périphérique) peut parfois être obtenue par chirurgie même en cas de mauvaise acuité visuelle ou de strabisme de longue durée.
Correction réfractive : Prescription de lunettes pour l’anisométropie. Dans l’ésotropie accommodative avec un rapport AC/A élevé, des lunettes avec une addition de +3,00 D en bas sont prescrites.
Traitement de l’amblyopie : occlusion (patch) ou pénalisation (réduction de l’acuité visuelle de l’œil sain par médicament ou lunettes).
Lunettes à prisme : utilisées comme intervention précoce pour l’ésotropie.
Chirurgie précoce de la cataracte congénitale : correction suffisamment précoce pour le développement de la vision binoculaire.

6. Physiopathologie et mécanismes détaillés de l’apparition

Mécanisme de détection de la disparité binoculaire

Le cerveau détecte la disparité binoculaire, stimule les neurones sélectifs à la disparité pour augmenter la fréquence des potentiels d’action, et code la relation entre les deux images.

L’horoptère (ligne de vision unique) est l’ensemble des points situés à peu près à la même profondeur que le point de fixation et projetés sur des points rétiniens correspondants des deux yeux. Il existe un horoptère géométrique et un horoptère empirique. Les points sur l’horoptère sont vus comme uniques car ils sont projetés sur des points rétiniens correspondants, mais tout écart par rapport à l’horoptère entraîne une disparité binoculaire.

L’aire de fusion de Panum est la région où la fusion est possible sans diplopie pour les disparités produites par des objets légèrement décalés par rapport à l’horoptère. Les disparités dans l’aire de fusion de Panum sont converties en vision stéréoscopique, tandis que les grandes disparités en dehors de cette aire entraînent une diplopie.

Concernant les points rétiniens correspondants, les fovéas des deux yeux ont une direction visuelle commune, et les points rétiniens temporaux équidistants de la fovéa correspondent aux points rétiniens nasaux de l’autre œil. La fusion fovéale permet une vision stéréoscopique précise, tandis que la fusion périphérique permet une vision stéréoscopique grossière.

Stéréopsie statique et stéréopsie dynamique

Stéréopsie statique

Définition : Stéréopsie où la disparité ne varie pas dans le temps.

Outils de mesure : De nombreux tests comme Titmus, TNO, Lang, Frisby, Randot, etc.

Utilisation : Évaluation quantitative de la capacité stéréoscopique de base.

Stéréopsie dynamique

Définition : Stéréopsie où la disparité varie dans le temps (la cible se déplace).

Outil de mesure : méthode des trois baguettes, testeur de vision stéréoscopique 3D.

Utilisation : évaluation de la perception de la profondeur dans des environnements réels.

Quantification de la stéréopsie et fusion motrice

Une fonction binoculaire normale est définie comme « absence de suppression, vision simultanée possible, fusion normale, et stéréopsie obtenue par détection d’une disparité binoculaire inférieure à 60 secondes d’arc ».

Valeurs normales de fusion motrice : convergence 25°, divergence 5°, vertical 1-2°, torsion 8° environ.

Valeurs normales de la zone de fusion (amblyoscope) : horizontal -4 à +25°, vertical 1-2,5°, torsion 6-10°.

Mécanisme de suppression et de déficit de la vision stéréoscopique

Lorsque la différence d’acuité visuelle dépasse la limite de compensation du cerveau, celui-ci supprime l’œil le plus faible. Cela entraîne une perte de la vision stéréoscopique mais protège contre la diplopie. La suppression est considérée comme un paramètre modifiable indépendant, et la réduction de la suppression pourrait améliorer la vision stéréoscopique.

Indices monoculaires de profondeur

Même avec un seul œil, la perception de la profondeur est possible grâce à des indices tels que la perspective linéaire, la taille, l’ordre (chevauchement), les changements de texture et le gradient, le flou, la couleur, la brume, la taille relative, etc. Ces indices sont utiles mais sensibles aux illusions d’optique.

7. Recherches récentes et perspectives futures (rapports en phase de recherche)

Amélioration de la vision stéréoscopique grâce aux jeux vidéo 3D

Li et al. (2024) ont mené une étude randomisée contrôlée auprès de 40 jeunes adultes ayant une acuité visuelle normale (tous non-joueurs)¹⁾. Le groupe 3DVG (21 personnes) a joué à un jeu de tir à la première personne sur PlayStation 3D pendant un total de 40 heures (2 heures × 20 sessions, sur 4 à 5 semaines), tandis que le groupe 2DVG (19 personnes) a joué au même jeu en mode 2D pendant la même durée. Un téléviseur 3D actif de 32 pouces (taux de rafraîchissement de 240 Hz) a été utilisé, et seul le groupe 3DVG portait des lunettes 3D à obturation active.

Résultat, la vision stéréoscopique s’est améliorée de 33 % dans le groupe 3DVG (taux d’amélioration 26,6 ± 4,8 %), tandis qu’aucun changement significatif n’a été observé dans le groupe 2DVG (taux d’amélioration 1,8 ± 3,0 %). L’analyse statistique a montré une ANOVA à mesures répétées à deux facteurs F = 17,621, p < 0,001, et une amélioration dans le groupe 3DVG avec Bonferroni t = 5,544, p < 0,001 ¹⁾. Les participants avec un seuil de vision stéréoscopique de base plus élevé avaient tendance à montrer une plus grande amélioration. Il n’y a pas eu de changement significatif dans la sensibilité au contraste binoculaire (F = 0,423, p = 0,524), indiquant une amélioration spécifique de la vision stéréoscopique.

Des études antérieures ont rapporté une amélioration de l’acuité visuelle et de la vision stéréoscopique chez des adultes amblyopes grâce à des jeux vidéo 3D (Li et al. 2011, 2018). En tant qu’implication clinique de cette étude, il a été suggéré que l’entraînement par jeux vidéo 3D pourrait être utile pour améliorer la vision stéréoscopique chez les patients présentant des anomalies de la vision binoculaire¹⁾.

Traitement binoculaire et apprentissage perceptif de l’amblyopie

Le traitement binoculaire (dichoptique) ciblant la suppression est étudié comme approche pour améliorer la fonction de l’œil amblyope dans des conditions binoculaires. De plus, Ding & Levi (2011) ont rapporté une récupération de la vision stéréoscopique par apprentissage perceptif chez des adultes présentant des anomalies binoculaires, suggérant que la plasticité pourrait persister après la période critique.

Q Les jeux vidéo 3D peuvent-ils améliorer la vision stéréoscopique ?

Une étude de Li et al. (2024) a montré que des adultes normaux jouant à des jeux vidéo 3D pendant 40 heures amélioraient leur vision stéréoscopique d’environ 33 %. Cependant, il s’agit d’une découverte au stade de la recherche et non d’une pratique médicale standard établie. Une consultation avec le médecin traitant est nécessaire pour une application clinique.

8. Références

Li RW, Li BZ, Chat SW, Patel SS, Chung STL, Levi DM. Playing three-dimensional video games boosts stereo vision. Curr Biol. 2024;34(11):2492-2500.e4.
Rucker JC, Kennard C, Leigh RJ. The neuro-ophthalmological examination. Handb Clin Neurol. 2011;102:71-94. PMID: 21601063.
Warburg M. [Development of sight]. Ugeskr Laeger. 1991;153(22):1571-5. PMID: 2058015.