Le nerf optique est purement sensoriel.
Les origines du nerf optique sont les axones des neurones de la couche ganglionnaire de la rétine. Ceux-ci passent sur la surface interne de la rétine jusqu'au disque optique où ils sortent de l'œil recouverts d'une gaine de myéline oligodendrocytaire et d'une couche externe de tissu conjonctif contiguë à la sclérotique.
Le nerf optique quitte la cavité orbitaire par le foramen optique, à proximité de l'artère ophtalmique. Il rejoint ensuite le nerf de l'autre côté pour former le chiasma optique. Ici, l'orientation spatiale des fibres provenant de différentes parties du fond de l'œil est préservée, c'est-à-dire que les fibres de la partie inférieure de la rétine se retrouvent dans la partie inférieure du chiasma et vice versa.
Dans le chiasma optique, les fibres provenant des champs visuels nasaux - les moitiés rétiniennes temporales - ne se croisent pas, alors que les fibres provenant des champs visuels temporaux - les moitiés nasales de la rétine - se croisent. Certaines fibres quittent le chiasma optique pour se terminer dans le colliculus supérieur et sont responsables du réflexe lumineux. Les autres fibres quittent le chiasma optique dans l'une ou l'autre des voies optiques et sont responsables de la vision. En raison du croisement de certaines fibres dans le chiasma optique, la voie optique droite transporte les informations relatives à la vision dans le champ visuel nasal droit et le champ visuel temporal gauche. L'information inverse est véhiculée par le tractus optique gauche. Les fibres de chaque tractus optique respectif se rendent à leur corps géniculé latéral (LGN) respectif dans le thalamus.
Depuis le LGN, les fibres empruntent la radiation optique, traversent la partie postérieure de la capsule interne et aboutissent dans le cortex visuel du lobe occipital. Au cours de leur parcours, les fibres desservant les quadrants supérieurs traversent le lobe temporal, tandis que celles desservant les quadrants inférieurs passent par le lobe pariétal.
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