Come funziona la visione

Sebbene di piccole dimensioni, l'occhio è un organo molto complesso. flashfilm / Getty Images

Non è un caso che la funzione principale del sole al centro del nostro sistema solare sia quella di fornire luce. La luce è ciò che guida la vita. È difficile immaginare il nostro mondo e la nostra vita senza di esso.

La percezione della luce da parte degli esseri viventi è quasi universale. Le piante usano la luce attraverso la fotosintesi per crescere. Gli animali usano la luce per cacciare le loro prede o per percepire e fuggire dai predatori.

-Alcuni dicono che sia lo sviluppo della visione stereoscopica, insieme allo sviluppo del grande cervello umano e la liberazione delle mani dalla locomozione, che hanno permesso agli esseri umani di evolversi a un livello così alto. In questo articolo parleremo dell'incredibile funzionamento interno dell'occhio umano!

Contenuti

1. Anatomia di base
2. Percepire la luce
3. Visione dei colori
4. Daltonismo
5. Carenza di vitamina A.
6. Rifrazione
7. Visione normale
8. Errori di rifrazione
9. Astigmatismo
10. Percezione della profondità
11. Cecità

Sebbene di piccole dimensioni, l'occhio è un organo molto complesso. L'occhio è largo circa 2,54 cm, profondo 1 pollice e alto 2,3 cm.

Lo strato più duro e più esterno dell'occhio è chiamato sclera. Mantiene la forma dell'occhio. Il sesto anteriore di questo livello è chiaro e si chiama cornea. Tutta la luce deve prima passare attraverso la cornea quando entra nell'occhio. Attaccati alla sclera ci sono i muscoli che muovono l'occhio, chiamati muscoli extraoculari.

Il coroide (o tratto uveale) è il secondo strato dell'occhio. Contiene i vasi sanguigni che forniscono sangue alle strutture dell'occhio. La parte anteriore della coroide contiene due strutture:

• Il corpo ciliare - Il corpo ciliare è un'area muscolare attaccata alla lente. Si contrae e si rilassa per controllare le dimensioni dell'obiettivo per la messa a fuoco.
• Il iris - L'iride è la parte colorata dell'occhio. Il colore dell'iride è determinato dal colore del tessuto connettivo e delle cellule del pigmento. Meno pigmento rende gli occhi blu; più pigmento rende gli occhi marroni. L'iride è un diaframma regolabile attorno a un'apertura chiamata allievo.

L'iride ha due muscoli: il dilatatore il muscolo rende l'iride più piccola e quindi la pupilla più grande, consentendo più luce nell'occhio; il sfintere il muscolo rende l'iride più grande e la pupilla più piccola, consentendo meno luce nell'occhio. La dimensione della pupilla può variare da 2 millimetri a 8 millimetri. Ciò significa che modificando la dimensione della pupilla, l'occhio può cambiare la quantità di luce che entra in esso di 30 volte.

Lo strato più interno è il file retina -- la parte sensibile alla luce dell'occhio. Contiene cellule staminali, responsabili della visione in condizioni di scarsa illuminazione e cellule coniche, responsabili della visione dei colori e dei dettagli. Nella parte posteriore dell'occhio, al centro della retina, c'è il macula. Al centro della macula c'è un'area chiamata fovea centralis. Quest'area contiene solo coni ed è responsabile della visione chiara dei dettagli.

La retina contiene una sostanza chimica chiamata rodopsina, o "viola visivo". Questa è la sostanza chimica che converte la luce in impulsi elettrici che il cervello interpreta come visione. Le fibre nervose retiniche si raccolgono nella parte posteriore dell'occhio e formano il nervo ottico, che conduce gli impulsi elettrici al cervello. Il punto in cui il nervo ottico ei vasi sanguigni escono dalla retina è chiamato disco ottico. Quest'area è un punto cieco sulla retina perché non ci sono coni o bastoncelli in quella posizione. Tuttavia, non sei consapevole di questo punto cieco perché ogni occhio copre il punto cieco dell'altro occhio.

Quando un medico guarda la parte posteriore dei tuoi occhi attraverso un oftalmoscopio, ecco la vista:

All'interno del bulbo oculare ci sono due sezioni piene di liquido separate dalla lente. La sezione posteriore più grande contiene un materiale trasparente simile al gel chiamato umor vitreo. La sezione anteriore più piccola contiene un materiale chiaro e acquoso chiamato umore acqueo. L'umore acqueo è diviso in due sezioni chiamate camera anteriore (davanti all'iride) e camera posteriore (dietro l'iride). L'umore acqueo viene prodotto nel corpo ciliare e viene drenato attraverso il canale di Schlemm. Quando questo drenaggio è bloccato, viene chiamata una malattia glaucoma può risultare.

Il lente è una struttura chiara e bi-convessa di circa 10 mm (0,4 pollici) di diametro. La lente cambia forma perché è attaccata ai muscoli del corpo ciliare. L'obiettivo è utilizzato per mettere a punto la visione.

Coprendo la superficie interna delle palpebre e della sclera è una membrana mucosa chiamata congiuntiva, che aiuta a mantenere l'occhio umido. Viene chiamata un'infezione di quest'area congiuntivite (chiamato anche occhio rosa).

L'occhio è unico in quanto è in grado di muoversi in molte direzioni per massimizzare il campo visivo, ma è protetto dalle lesioni da una cavità ossea chiamata cavità orbitale. L'occhio è incorporato nel grasso, che fornisce una certa ammortizzazione. Le palpebre proteggono l'occhio sbattendo le palpebre. Questo mantiene umida anche la superficie dell'occhio spargendo lacrime sugli occhi. Le ciglia e le sopracciglia proteggono l'occhio dalle particelle che potrebbero danneggiarlo.

Le lacrime sono prodotte in ghiandole lacrimali, che si trovano sopra il segmento esterno di ciascun occhio. Le lacrime alla fine defluiscono nell'angolo interno dell'occhio, nel sacco lacrimale, quindi attraverso il dotto nasale e nel naso. Ecco perché ti cola il naso quando piangi.

Ci sono sei muscoli attaccati alla sclera che controllano i movimenti dell'occhio. Sono mostrati qui:

Muscoli e funzioni primarie:

• Retto mediale: sposta l'occhio verso il naso
• Retto laterale: allontana l'occhio dal naso
• Retto superiore: alza l'occhio
• Retto inferiore: abbassa l'occhio
• Occhio di rotazione obliquo superiore
• L'obliquo inferiore ruota l'occhio

Nella sezione successiva imparerai come l'occhio percepisce la luce.

Quando la luce entra nell'occhio, passa prima attraverso la cornea, poi l'umore acqueo, il cristallino e l'umore vitreo. Alla fine raggiunge il retina, che è la struttura sensibile alla luce dell'occhio. La retina contiene due tipi di cellule, chiamate bastoncelli e coni. Canne gestire la visione in condizioni di scarsa illuminazione e coni gestire la visione dei colori e i dettagli. Quando la luce entra in contatto con questi due tipi di cellule, si verifica una serie di complesse reazioni chimiche. La sostanza chimica che si forma (rodopsina attivata) crea impulsi elettrici nel nervo ottico. Generalmente, il segmento esterno delle aste è lungo e sottile, mentre il segmento esterno dei coni è più, beh, a forma di cono. Di seguito è riportato un esempio di un'asta e un cono:

Il segmento esterno di un'asta o di un cono contiene le sostanze chimiche fotosensibili. Nelle aste, questa sostanza chimica è chiamata rodopsina; nei coni, queste sostanze chimiche sono chiamate pigmenti di colore. La retina contiene 100 milioni di bastoncelli e 7 milioni di coni. La retina è rivestita di pigmento nero chiamato melanina -- proprio come l'interno di una fotocamera è nero, per ridurre la quantità di riflesso. La retina ha un'area centrale, chiamata macula, che contiene un'alta concentrazione di soli coni. Quest'area è responsabile di una visione nitida e dettagliata.

Quando la luce entra nell'occhio, entra in contatto con la rodopsina chimica fotosensibile (chiamata anche viola visivo). La rodopsina è una miscela di una proteina chiamata scotopsina e 11-cis-retinale -- quest'ultimo è derivato dalla vitamina A (motivo per cui la mancanza di vitamina A causa problemi di vista). La rodopsina si decompone quando viene esposta alla luce perché la luce provoca un cambiamento fisico nella porzione 11-cis-retinica della rodopsina, trasformandola tutto trans retinale. Questa prima reazione richiede solo pochi trilionesimi di secondo. La retina 11-cis è una molecola angolata, mentre la retina all-trans è una molecola diritta. Questo rende instabile la sostanza chimica. La rodopsina si scompone in diversi composti intermedi, ma alla fine (in meno di un secondo) si forma metarodopsina II (rodopsina attivata). Questa sostanza chimica provoca impulsi elettrici che vengono trasmessi al cervello e interpretati come luce. Ecco un diagramma della reazione chimica di cui abbiamo appena discusso:

Rodopsina attivata provoca impulsi elettrici nel modo seguente:

1. La membrana cellulare (strato esterno) di una cella a bastoncino ha una carica elettrica. Quando la luce attiva la rodopsina, provoca una riduzione del GMP ciclico, che fa aumentare questa carica elettrica. Questo produce una corrente elettrica lungo la cella. Quando viene rilevata più luce, viene attivata più rodopsina e viene prodotta più corrente elettrica.
2. Questo impulso elettrico alla fine raggiunge una cellula gangliare e quindi il nervo ottico.
3. I nervi raggiungono la voragine ottica, dove le fibre nervose dalla metà interna di ciascuna retina si incrociano verso l'altro lato del cervello, ma le fibre nervose dalla metà esterna della retina rimangono sullo stesso lato del cervello.
4. Queste fibre alla fine raggiungono la parte posteriore del cervello (lobo occipitale). È qui che la visione viene interpretata e viene chiamata corteccia visiva primaria. Alcune delle fibre visive vanno ad altre parti del cervello per aiutare a controllare i movimenti oculari, la risposta delle pupille e dell'iride e il comportamento.

Alla fine, la rodopsina deve essere riformata in modo che il processo possa ripetersi. La retina all-trans viene convertita in 11-cis-retinal, che quindi si ricombina con la scotopsina per formare la rodopsina per ricominciare il processo quando esposto alla luce.

Vengono chiamate le sostanze chimiche che rispondono al colore nei coni pigmenti a cono e sono molto simili alle sostanze chimiche nelle aste. La porzione retinica della sostanza chimica è la stessa, tuttavia la scotopsina viene sostituita con le fotopsine. Pertanto, i pigmenti sensibili al colore sono costituiti da retina e fotopsine. Esistono tre tipi di pigmenti sensibili al colore:

• Pigmento sensibile al rosso
• Pigmento sensibile al verde
• Pigmento sensibile al blu

Ogni cellula conica ha uno di questi pigmenti in modo che sia sensibile a quel colore. L'occhio umano può percepire quasi tutte le gradazioni di colore quando si mescolano rosso, verde e blu.

Nel diagramma sopra, vengono mostrate le lunghezze d'onda dei tre tipi di coni (rosso, verde e blu). Il picco di assorbimento del pigmento sensibile al blu è di 445 nanometri, per il pigmento sensibile al verde è di 535 nanometri e per il pigmento sensibile al rosso è di 570 nanometri.

Il daltonismo è l'incapacità di distinguere tra diversi colori. Il tipo più comune è il daltonismo rosso-verde. Ciò si verifica nell'8% dei maschi e nello 0,4% delle femmine. Si verifica quando i coni rosso o verde non sono presenti o non funzionano correttamente. Le persone con questo problema non sono completamente incapaci di vedere il rosso o il verde, ma spesso confondono i due colori.

Questo è un disturbo ereditario e colpisce gli uomini più comunemente poiché la capacità di visione dei colori si trova sul Cromosoma X.. (Le donne hanno due cromosomi X, quindi la probabilità di ereditare almeno una X con una visione dei colori normale è alta; gli uomini hanno un solo cromosoma X con cui lavorare. Fare clic qui per ulteriori informazioni sui cromosomi.). L'incapacità di vedere qualsiasi colore, o vedere solo in diverse tonalità di grigio, è molto rara.

Per ulteriori informazioni sul daltonismo, fare clic qui.

Quando è presente una grave carenza di vitamina A, allora cecità notturna si verifica.

La vitamina A è necessaria per la formazione retinale, che fa parte della molecola di rodopsina. Quando i livelli di molecole fotosensibili sono bassi a causa della carenza di vitamina A, potrebbe non esserci abbastanza luce di notte per consentire la visione. Durante la luce del giorno, c'è abbastanza stimolazione della luce per produrre la vista nonostante i bassi livelli di retina.

Quando i raggi luminosi raggiungono una superficie angolata di un materiale diverso, provocano la flessione dei raggi luminosi. Questo è chiamato rifrazione. Quando la luce raggiunge una lente convessa, i raggi luminosi si piegano verso il centro:

Quando i raggi di luce raggiungono una lente concava, i raggi di luce si piegano lontano dal centro:

L'occhio ha più superfici angolate che fanno piegare la luce. Questi sono:

• L'interfaccia tra l'aria e la parte anteriore della cornea
• L'interfaccia tra la parte posteriore della cornea e l'umore acqueo
• L'interfaccia tra l'umore acqueo e la parte anteriore della lente
• L'interfaccia tra la parte posteriore della lente e l'umor vitreo

Quando tutto funziona correttamente, la luce attraversa queste quattro interfacce e arriva alla retina perfettamente a fuoco.

Vision o acuità visiva viene testato leggendo una mappa oculare di Snellen a una distanza di 20 piedi. Osservando molte persone, gli oculisti hanno deciso cosa un essere umano "normale" dovrebbe essere in grado di vedere quando si trova a 6 metri da una mappa oculare. Se hai una visione 20/20, significa che quando ti trovi a 20 piedi di distanza dal grafico puoi vedere cosa può vedere un essere umano "normale". (In metrico, lo standard è di 6 metri e si chiama 6/6 vision). In altre parole, se hai una visione di 20/20 la tua vista è "normale": la maggioranza delle persone nella popolazione può vedere ciò che puoi vedere a 20 piedi.

Se hai una visione di 20/40, significa che quando ti trovi a 20 piedi di distanza dalla mappa puoi vedere solo ciò che un essere umano normale può vedere quando si trova a 40 piedi dalla mappa. Cioè, se c'è una persona "normale" in piedi a 40 piedi di distanza dalla carta e tu sei a soli 20 piedi dalla carta, tu e la persona normale potete vedere lo stesso dettaglio. 20/100 significa che quando ti trovi a 20 piedi dal grafico puoi vedere solo ciò che una persona normale in piedi a 100 piedi di distanza può vedere. 20/200 è il limite per la cecità legale negli Stati Uniti.

Puoi anche avere una visione migliore della norma. Una persona con una visione di 20/10 può vedere a 20 piedi ciò che una persona normale può vedere quando si trova a 10 piedi di distanza dal grafico.

Falchi, gufi e altri rapaci hanno una visione molto più acuta degli umani. Un falco ha un occhio molto più piccolo di un essere umano ma ha molti sensori (coni) racchiusi in quello spazio. Questo dà una visione da falco che è otto volte più acuta di quella di un essere umano. Un falco potrebbe avere una visione 20/2!

Normalmente, il tuo occhio può mettere a fuoco un'immagine esattamente sulla retina:

Miopia e ipermetropia si verificano quando la messa a fuoco non è perfetta.

quando miopia (miopia) è presente, una persona è in grado di vedere bene gli oggetti vicini e ha difficoltà a vedere gli oggetti lontani. I raggi luminosi si concentrano davanti alla retina. Ciò è causato da un bulbo oculare troppo lungo o da un sistema di lenti che ha troppo potere di messa a fuoco. La miopia viene corretta con a lente concava. Questa lente fa sì che la luce diverga leggermente prima di raggiungere l'occhio, come si vede qui:

quando ipermetropia (ipermetropia) è presente, una persona è in grado di vedere bene gli oggetti distanti e ha difficoltà a vedere gli oggetti vicini. I raggi luminosi si concentrano dietro la retina. Ciò è causato da un bulbo oculare troppo corto o da un sistema di lenti con una potenza di messa a fuoco insufficiente. Questo è corretto con a lente convessa, come visto qui:

Vedere come funzionano i problemi di visione refrattiva e come funzionano le lenti correttive per i dettagli.

Astigmatismo è una curvatura irregolare della cornea e provoca una distorsione della vista. Per correggere questo problema, viene sagomata una lente per correggere le irregolarità.

Perché la vista peggiora con l'avanzare dell'età?

Invecchiando, l'obiettivo diventa meno elastico. Perde la capacità di cambiare forma. Questo è chiamato presbiopia ed è più evidente quando proviamo a vedere le cose che sono da vicino, perché il corpo ciliare deve contrarsi per rendere il cristallino più spesso. La perdita di elasticità impedisce alla lente di diventare più spessa. Di conseguenza, perdiamo la capacità di concentrarci sugli oggetti vicini.

All'inizio, le persone iniziano a tenere le cose più lontane per vederle a fuoco. Questo di solito diventa evidente quando raggiungiamo i nostri quarantacinque anni. Alla fine, l'obiettivo non è in grado di muoversi e diventa più o meno permanentemente focalizzato a una distanza fissa (che è diversa per ogni persona).

Per correggere questo, lenti bifocali sono necessarie. Le lenti bifocali sono una combinazione di una lente inferiore per la visione ravvicinata (lettura) e una lente superiore per la visione a distanza.

L'occhio utilizza tre metodi per determinare la distanza:

• La dimensione che un oggetto conosciuto ha sulla tua retina - Se conosci le dimensioni di un oggetto da esperienze precedenti, il tuo cervello può misurare la distanza in base alle dimensioni dell'oggetto sulla retina.
• Parallasse mobile - Quando muovi la testa da un lato all'altro, gli oggetti che ti sono vicini si muovono rapidamente attraverso la retina. Tuttavia, gli oggetti lontani si muovono molto poco. In questo modo, il tuo cervello può dire approssimativamente quanto è lontano qualcosa da te.
• Visione stereo - Ogni occhio riceve un'immagine diversa di un oggetto sulla sua retina perché ogni occhio è a circa 2 pollici di distanza. Ciò è particolarmente vero quando un oggetto è vicino ai tuoi occhi. Questo è meno utile quando gli oggetti sono lontani perché le immagini sulla retina diventano più identiche quanto più sono lontane dai tuoi occhi.

La cecità legale è generalmente definita come acuità visiva inferiore a 20/200 con lenti correttive. Ora che hai imparato un po 'di anatomia dell'occhio e come funziona, diventa più facile capire come le seguenti condizioni possono portare alla cecità:

• Cataratta - Questa è una nuvolosità nel cristallino che impedisce alla luce di raggiungere la retina. Diventa più comune con l'avanzare dell'età, ma i bambini possono nascere con una cataratta. Man mano che peggiora, può richiedere un intervento chirurgico per rimuovere la lente e posizionare una lente intraoculare.
• Glaucoma: se l'umore acqueo non viene drenato correttamente, la pressione si accumula negli occhi. Ciò causa la morte delle cellule e delle fibre nervose nella parte posteriore dell'occhio. Questo può essere trattato con farmaci e interventi chirurgici.
• Retinopatia diabetica - Le persone con diabete possono ottenere il blocco dei vasi sanguigni, perdita di vasi sanguigni e cicatrici che possono portare alla cecità. Questo può essere trattato con la chirurgia laser.
• Degenerazione maculare - In alcune persone, la macula (responsabile dei minimi dettagli al centro della vista) può deteriorarsi con l'età per ragioni sconosciute. Ciò causa la perdita della visione centrale. Questo a volte può essere aiutato con la chirurgia laser.
• Trauma - Traumi diretti o lesioni chimiche possono causare danni sufficienti agli occhi per impedire una visione adeguata.
• Retinite pigmentosa - Questa è una malattia ereditaria che provoca una degenerazione della retina e un eccesso di pigmento. Provoca prima la cecità notturna e poi la visione a tunnel, che spesso progredisce gradualmente fino alla cecità totale. Non esiste un trattamento noto.
• Tracoma - Questa è un'infezione causata da un organismo chiamato Chlamydia trachomatis. È una causa comune di cecità in tutto il mondo, ma è rara negli Stati Uniti. Può essere trattato con antibiotici.

Ci sono molte altre cause di cecità, come carenza di vitamina A, tumori, ictus, malattie neurologiche, altre infezioni, malattie ereditarie e tossine. Per ulteriori informazioni, controlla i collegamenti nella pagina successiva.

articoli Correlati

• Come funzionano i problemi di visione refrattiva
• Come funzionano le lenti correttive
• Come funziona il daltonismo
• Perché le persone hanno gli occhi rossi in alcune fotografie con il flash?
• Perché i miei occhi impiegano diversi minuti per abituarsi all'oscurità?
• Leggere in condizioni di scarsa illuminazione mi farà male agli occhi?
• Come funzionano i cani guida

Altri ottimi link!

• Risorse per gli occhi su Internet
• National Institutes of Health: National Eye Institute
• Galleria delle illusioni
• UC Davis: Neurological Eye Simulator

Circa l'autore

Carl Bianco, M.D., è un medico di emergenza che esercita presso il Dorchester General Hospital di Cambridge, nel Maryland. Il dottor Bianco ha frequentato la facoltà di medicina presso la Georgetown University School of Medicine e ha conseguito la laurea presso la Georgetown University con specializzazione in infermieristica e pre-medicina. Ha completato uno stage e una residenza in medicina d'urgenza presso l'Akron City Hospital di Akron, Ohio.

Il dottor Bianco vive vicino a Baltimora con sua moglie e due figli.