L’occhio umano è uno degli organi più affascinanti e complessi del corpo umano. Questo straordinario strumento ottico naturale ci permette di percepire il mondo che ci circonda, catturando la luce e trasformandola in segnali che il nostro cervello interpreta come immagini.

In questo articolo, esploreremo la struttura e il funzionamento dell’occhio umano, dalla sua anatomia di base alle sofisticate capacità di elaborazione visiva. Scopriremo come la luce viene catturata e messa a fuoco, il ruolo cruciale della retina nella conversione degli stimoli luminosi in impulsi nervosi, e come il nostro cervello elabora queste informazioni per creare la nostra percezione visiva del mondo.

Esamineremo anche alcuni aspetti peculiari della visione , come l’adattamento a diverse condizioni di illuminazione, e persino alcuni “trucchi” che il nostro cervello usa per colmare le lacune nella nostra percezione visiva.

Struttura e Funzionamento dell’Occhio

La funzione fondamentale dell’occhio consiste nel catturare la luce e metterla a fuoco.

La luce ha una duplice natura: essa è definita un’onda elettromagnetica, che può variare in frequenza e in lunghezza, oppure da una serie discreta di pacchetti di energia detti fotoni. Quando si determina la sensibilità del sistema visivo alla luce, come la soglia minima di detenzione alla luce, generalmente si fa riferimento alla luce in termini di fotoni. Nel caso si discuta di percezione di colori è naturale definire la luce in termini di lunghezza d’onda misurata in manometri (nm).

L’occhio umano è sensibile alle radiazioni elettromagnetiche aventi una lunghezza d’onda compresa tra 380 e 700 nm, poiché le curve di sensibilità spettrale dell’occhio umano dipendono dalla sensibilità dei fotopigmenti. La luce con lunghezza d’onda inferiore al minimo percettibile dall’occhio umano è definita ultravioletta. Il cristallino e la cornea assorbono fortemente quest’intervallo, impedendo alla luce UV di raggiungere la retina. Impedire a tale luce di raggiungere la retina è importante perché essa è assorbita da molte molecole organiche, compreso il DNA, per questo motivo la luce UV potrebbe causare danni retinici e cancro.

Gli occhi sono alloggiati nelle orbite del cranio, e ognuno si muove per mezzo di sei muscoli extraoculari inseriti nell’involucro più esterno dell’occhio (la sclera). Il globo oculare è protetto da depositi di grasso e da molti strati di tessuto conosciuto come palpebre. La rapida chiusura delle palpebre (ammiccamento) può accadere sia volontariamente sia involontariamente e ha la funzione di detergere e idratare la superficie dell’occhio.

L’ammiccamento e la neurobiologia della visione. L’immagine di un occhio aperto ci ricorda come il nostro cervello elabori attivamente le informazioni visive. L’attivazione della corteccia parietale posteriore durante l’ammiccamento, evidenziata da studi PET, suggerisce un meccanismo neurofisiologico che potrebbe spiegare la nostra percezione continua della realtà visiva, nonostante i frequenti momenti di oscurità causati dall’ammiccamento. Questo fenomeno sottolinea l’importanza della memoria di lavoro visiva e dei processi di integrazione sensoriale nel costruire una rappresentazione coerente del mondo esterno

Una membrana mucosa, detta congiuntiva, delinea la palpebra e si ripiega all’indietro per attaccarsi all’occhio. L’occhio ha una forma grossomodo sferica con un diametro di circa 2.5 cm. La sclera è composta da fibre di tessuto strettamente intrecciate di colore bianco. Nella parte anteriore dell’occhio, dove la superficie sporge all’esterno a formare la cornea le fibre della sclera sono disposte in modo regolare. Questa parte è trasparente e permette l’entrata della luce. La parte della sclera che invece circonda la corna, è detta il bianco dell’occhio. Oltre alla cornea, è situato un anello di muscoli denominato iride al centro del quale è presente un’apertura detta pupilla: il diametro pupillare controlla la quantità di luce che entra nell’occhio. L’iride controlla due bande di muscoli: il dilatatore (la cui contrazione allarga la pupilla) e lo sfintere (che ne riduce il diametro). Lo sfintere è innervato dal sistema nervoso parasimpatico (acetilcolina). Quando siamo interessati a qualcosa si manifesta un’inconscia estensione delle pupille, l’atropina blocca l’azione dell’acetilcolina causando quindi la dilatazione della pupilla.

Sezione schematica dell’occhio umano. L’immagine illustra le principali strutture oculari coinvolte nella formazione delle immagini visive. La cornea, la camera anteriore e il cristallino (non mostrato) agiscono come un sistema di lenti che focalizzano la luce sulla retina. La retina, contenente i fotorecettori (coni e bastoncelli), converte lo stimolo luminoso in impulsi nervosi che, attraverso il nervo ottico, raggiungono il cervello per l’elaborazione visiva. La fovea, una regione della retina specializzata nella visione acuta, è caratterizzata dalla massima concentrazione di coni.

Oltre la pupilla la luce attraversa la camera anteriore dell’occhio e si dirige verso il cristallino. La camera anteriore e piena di un liquido acquoso chiamato umore acqueo che trasporta ossigeno e sostanze nutrienti alle strutture che bagna, e rimuove le strutture di scarto. L’umore acqueo è costantemente riprodotto da un tessuto spugnoso che circonda il bordo della cornea (i corpi ciliari), e se il drenaggio è bloccato, la pressione all’interno dell’occhio aumenta, ciò può compromettere danni visivi permanenti come il glaucoma.

La cornea ed il cristallino deviano il percorso della luce, in modo tale che questa sia messa a fuoco sul fondo dell’occhio; la retina.

Suddivisione della retina e del campo visivo

E’ possibile suddividere idealmente la retina in quadranti mediante una linea verticale immaginaria tracciata nel suo mezzo che la suddivide in emiretina nasale ed emiretina temporale. Ogni emiretina può venir a sua volta suddivisa in un quadrante dorsale e in un quadrante ventrale.

Il campo visivo è la parte del mondo esterno che viene vista dai due occhi in assenza di movimenti del capo. Supponiamo che le fovee di entrambi gli occhi fissino un sol punto nello spazio. L’emicampo sinistro proietterà le proprie immagini sull’emiretina nasale dell’occhio sinistro, e sull’emiretina temporale dell’occhio destro. L’emicampo destro proietterà sull’emiretina temporale dell’occhio sinistro, e sull’emiretina nasale dell’occhio destro.

La luce che proviene dalla zona centrale di entrambi gli occhi va a formare la zona binoculare. In ogni campo visivo esiste anche una zona monoculare. La luce che proviene dalla regione temporale dell’emicampo visivo colpirà soltanto l’emiretina nasale dell’occhio omonimo. La parte monoculare del campo visivo viene anche detta semiluna temporale.

Il disco ottico è la zona della retina da cui fuoriescono gli assoni delle cellule gangliari, non contiene fotorecettori ed è quindi insensibile alla luce.

La macula è una regione della retina specializzata per la visione centrale acuta. Al centro della macula si trova la fovea, una piccola depressione che contiene esclusivamente coni, i fotorecettori responsabili della visione dei colori e dei dettagli fini.

La corrispondenza tra le diverse regioni del campo visivo e le rispettive immagini retiniche può sembrare complicata. Una prima complicazione è dovuta dal fatto che il cristallino inverte le immagine visive che proiettono sulla retina. La metà superiore viene proiettata sulla metà inferiore (o ventrale) della retina, ed al contrario la metà inferiore del campo visivo viene proiettata sulla metà superiore (o dorsale). Perciò una lesione della metà inferiore della retina di un occhio determina un deficit monoculare della metà superiore del campo visivo. Inoltre la zona binoculare proietta su parti diverse delle due retine (temporale e nasale) e ciò crea una seconda complicazione.

Dopo aver attraversato il cristallino la luce passa tramite la parte più importante dell’occhio, contenente una sostanza chiara e gelatinosa; l’umore vitreo, prima di raggiungere la retina. Esso non è costantemente rigenerato, pertanto è possibile che al suo internoi si accumulino dei detriti, i quali formano delle piccole opacità galleggianti che possono compromettere la capacità visiva.

La Retina

La retina è divisa in tre strati principali: lo strato delle cellule recettrici, delle bipolari e delle gangliari. I fotorecettori formano sinapsi con le cellule bipolari che a loro volta fanno sinapsi con le cellule gangliari ed i loro assoni si raggruppano e passano per lo strato delle bipolari e dei recettori, lasciando l’occhio in un punto detto disco ottico. In questo punto non è presente alcun recettore ciò causa un punto cieco che è riempito in un processo detto “riempimento” nel quale il sistema visivo riempie il vuoto al fine di generare una visione completa. Questo processo è mediato dai neuroni di V2 e V3.

La retina include anche lo strato plessiforme interno caratterizzato dalle cellule amacrine (bipolare – gangliare) e lo strato plessiforme esterno (bipolare – fotorecettore) contenente le cellule orizzontali. Queste cellule trasmettono l’informazione in direzione parallela alla superficie della retina e combinano o sottraggono segnali dai fotorecettori adiacenti.

Sezione trasversale della retina: organizzazione laminare. L’immagine mostra la tipica organizzazione laminare della retina, con i fotorecettori  nello strato più esterno, seguiti dagli strati delle cellule bipolari e delle cellule gangliari. Gli strati plessiformi interno ed esterno rappresentano le zone in cui si formano le sinapsi tra i diversi tipi di neuroni. Le cellule orizzontali e amacrine, con le loro connessioni laterali, svolgono un ruolo fondamentale nella elaborazione del segnale visivo.

Dietro la retina è disposto uno strato di epitelio pigmentato, in cui sono inseriti i segmenti esterni dei fotorecettori. Poiché i fotorecettori non sono in grado di provvedere alle proprie esigenze metaboliche, e molte di queste compresa la rigenerazione del pigmento visivo sono soddisfatte dalle cellule pigmentate. Infine troviamo la coroide molto ricca di vasi sanguigni. Questi ultimi due strati contengono il pigmento nero detto melanina, che ha funzione di assorbire la luce impedendo che essa si rifletta e disperda all’interno del globo oculare. Gli animali notturni come i gatti sono dotati di meccanismi opposti; al posto dello strato pigmentato essi hanno una superficie lucida detta, tappeto lucido che riflette la luce all’interno dell’occhio e sebbene ciò degradi la risoluzione dell’immagine, aumenta la probabilità che un fotone sia assorbito da un fotorecettore.

Acuità Visiva e Tavole di Snellen

L’acuità visiva è misurata utilizzando le tavole di Snellen ed è riferita a una distanza visiva di 20 piedi (6 m) tra il soggetto e la tavola. Un’acuità visiva normale è riferita a 20/20.

Tabella di Snellen: misura dell’acuità visiva. La tabella di Snellen è uno strumento utilizzato in oftalmologia per valutare l’acuità visiva. Ciascuna riga contiene lettere di dimensioni diverse. La persona sottoposta al test deve leggere le lettere più piccole che riesce a distinguere a una distanza standard. Il risultato del test viene espresso come una frazione (es. 20/20), che indica la capacità di vedere a 20 piedi (circa 6 metri) ciò che una persona con vista normale vede a quella stessa distanza.