4. STRUTTURA DELL'OCCHIO UMANO MEDIO

L'occhio, organo periferico dell'apparato visivo (fig. 7), è una finestra attraverso cui la mente percepisce il mondo circostante.
Nell'uomo l'occhio è una formazione quasi sferica dove la sua parte anteriore, la cornea, sporge sulla restante superficie dell'occhio. I tre diametri del globo oculare sono perciò ineguali: il diametro trasversale misura 23.5 mm, il diametro verticale 23 mm, il diametro antero-posteriore 26 mm circa. Il peso dell'occhio è intorno a 7 grammi e la sua
notevole consistenza è dovuta alla pressione dei liquidi (15 mm/Hg)contenuti nella cavità del globo oculare.
Esso è spesso paragonato, anche se impropriamente, a una macchina fotografica. Sarebbe invece più corretto il paragone con una telecamera: esso è in grado di inseguire le immagini, mettersi a fuoco automaticamente, ed è dotato di un obbiettivo autopulente. Inoltre è collegato al cervello, che può essere funzionalmente assimilato a un computer con capacità di analisi parallela cosi avanzate che nessun computer elettronico attuale può ritenersi in grado di emulare. Il compito di tutte le parti extraretiniche dell'occhio è di formare sulla retina un'immagine distinta del mondo esterno. Ogni occhio è fissato nell'orbita da tre coppie di muscoli extraoculari, che garantiscono i movimenti del bulbo oculare in uno dei tre piani perpendicolari dello spazio.
Il coordinamento dei movimenti dei due occhi, comandati dai suddetti muscoli, è talmente preciso che qualsiasi sfasamento superiore ai 2 primi d'arco si traduce nello sdoppiamento delle immagini. Il globo oculare è circondato da diverse membrane: la cornea, tessuto trasparente che copre la parte anteriore dell'occhio; la coroide, membrana posta direttamente sotto la sclera, contenente i vasi sanguigni che portano la maggior parte del nutrimento all'occhio.
La sclera è un segmento di sfera, perforata posteriormente dal nervo ottico, che presenta anteriormente un'ampia apertura chiusa dalla cornea. Essa è formata da un intreccio di bande fibrose molto sottili la cui disposizione è tale da costituire una intelaiatura a più strati in grado di conferire alla struttura sclerale la massima resistenza alle sollecitazioni meccaniche esterne. La coroide è fornita di pigmenti atti a ridurre la quantità di luce parassita che entra nell'occhio e gli effetti di riflessione dentro il globo oculare. La melanina, il pigmento nero antiriflesso, ha la stessa funzione anti-diffusiva della vernice nera all'interno della macchina fotografica.

Le cellule che contengono melanina hanno anche il compito di stimolare la sintesi chimica della rodopsina e della iodopsina contenute nei bastoncelli e nei coni che, come vedremo, hanno una funzione fondamentale nei processi della visione e nella percezione dei colori. Nella sua parte anteriore la coroide termina nell'iride che, contraendosi od espandendosi, agisce da diaframma e limita quindi il flusso luminoso che entra nell'occhio. La pupilla, che costituisce l'apertura centrale dell'iride varia in diametro da 2 mm a circa 8 mm. 

In fig. 8 sono riportati i tempi di risposta della pupilla agli stimoli luminosi.
Possiamo notare (fig. 8a) che la contrazione della pupilla, nel passaggio repentino da un ambiente buio a uno perfettamente illuminato, avviene in 5 secondi. La dilatazione completa della pupilla (fig. 8b), nel passaggio da una illuminazione ambientale di tipo diurno a una situazione di completa oscurità, si ha in circa 5 minuti.
La convergenza per rifrazione dei raggi luminosi, necessaria per la messa a fuoco, si verifica sia nella cornea sia nel cristallino. Per mettere a fuoco una telecamera si varia la distanza tra la lente e il sensore. Noi mettiamo a fuoco l'occhio non variando la distanza tra il cristallino e la retina, ma modificando la forma del cristallino, tendendo o rilassando i muscoli che lo fissano alla periferia, in modo da curvarlo maggiormente per vedere gli oggetti vicini o, viceversa, riducendo la curvatura per vedere quelli lontani.
Il cristallino perde elasticità quando si superano i quarantacinque anni di età, con la conseguente riduzione della capacità di messa a fuoco.
La membrana più interna dell'occhio è la retina, un plesso nervoso di tipo laminare disteso sulla coroide, sulla quale si forma l'immagine focalizzata dal sistema costituito dalla cornea e dal cristallino.
La retina è in grado di trasformare la luce in segnali nervosi.
Essa ci permette di vedere in condizioni di illuminazione che vanno dalla luce delle stelle alla luce del sole. La retina è una parte del cervello, che si è separata da esso nel corso dell'evoluzione della specie umana, mantenendo tuttavia le connessioni con il cervello propriamente detto attraverso un fascio di fibre: il nervo ottico, il cui spessore è di circa un quarto di millimetro ed è costituita da tre strati di neuroni separati da due strati che contengono le connessioni fra i loro stessi filamenti (fig. 9). I neuroni sono cellule nervose ricche di connessioni filamentose attraverso le quali avvengono passaggi di segnali elettrici che si propagano con velocità di circa 100 m/sec, attivati da meccanismi elettrolitici con la partecipazione di mediatori chimici. La fila di cellule nella parte posteriore della retina è costituita da due tipi di fotorecettori (i coni ed i bastoncelli) il cui
nome rimanda, sebbene in via forse troppo semplificata, alla loro forma geometrica: coni e cilindri.

I bastoncelli, più numerosi dei coni (bastoncelli: 120 milioni, coni: 7 milioni, la loro distribuzione sulla retina è in fig. 10) sono responsabili della visione in condizioni di scarsa illuminazione (visione notturna o scotopica), mentre non sono utilizzati in condizioni di illuminazione diurna.
Durante la visione scotopica il massimo della curva di sensibilità si sposta sensibilmente verso lunghezze d'onda minori. Questo fenomeno è detto effetto Purkinje. In piena visione scotopica (cioè dopo circa 30 minuti di adattamento al buio) alcuni bastoncelli sono così sensibili sono sufficienti pochissimi fotoni per stimolarne uno. In queste condizioni l'occhio si avvicina al caso ideale di un ricevitore che sia capace di rispondere a un singolo fotone. I coni e i bastoncelli sono neuroni a organizzazione bipolare nei quali
si differenziano due strutture: l'articolo e la fibra. L'articolo è rivestito dalle sostanze sensibili alla luce, mentre la fibra contiene il nucleo della cellula neurale.
I coni, a differenza dei bastoncelli, si attivano solamente ad alti livelli di illuminazione (visione diurna o fotopìca, fig. 11), ma sono responsabili della capacità di distinguere i dettagli molto fini e della visione dei colori. La visione fotopica è di due tipi: la visione foveale e la visione periferica. La prima si ha quando, in condizioni di illuminazione diurna, si dirige lo sguardo su un oggetto che, se sufficientemente piccolo, copre una
regione della retina quasi totalmente costituita da coni. La visione periferica è invece poco definita e pressoché priva di tonalità cromatica semplicemente perché il numero dei coni diminuisce progressivamente man mano che ci si allontana dalla fovea. Alcune delle principali caratteristiche della visione fotopica e scotopica sono riportate in tabella 2.
Il diametro dei coni è compreso tra 0.0025 e 0.0045 mm.
Quelli di diametro maggiore sono concentrati nella fovea. I bastoncelli contengono un solo pigmento, la rodopsina, che ricopre il segmento esterno del fotorecettore. I coni sono invece di tré tipi (a, b, g) e ogni tipo contiene un diverso pigmento visivo con diverse risposte spettrali (fig. 12). E' proprio la diversa sensibilità dei pigmenti alle lunghezze d'onda a rendere possibile la visione a colori.
Secondo F.S. Siöstrand l'energia luminosa, incidendo sui fotorecettori, determina la scomposizione dei pigmenti fotosensibili (processo di sbiancamento o scoloramento): una molecola di pigmento assorbe un fotone ed altera la propria struttura chimica per trasformarsi in un altro composto che assorbe in modo diverso la luce. Quando ci spostiamo verso la parte anteriore dell'occhio, troviamo lo strato intermedio della retina che contiene tré tipi di cellule nervose, delle quali le cellule denominate bipolari ricevono i segnali dai coni e dai bastoncelli. Lo strato di cellule della superficie anteriore della
retina contiene le cellule gangliari che si raccolgono in un fascio a livello del disco ottico e lasciano l'occhio formando il nervo ottico, il quale, a sua volta, costituisce la connessione nervosa tra l'occhio ed il cervello. La parte nasale della retina invia gli impulsi nervosi alla parte mediale del nervo ottico che, incrociandosi a livello del chiasma, li trasferisce
all'emisfero controlaterale. La parte temporale della retina invia invece le sue informazioni all'emisfero omolaterale. Attraverso una stazione sinaptica a livello del nucleo genicolato laterale, gli impulsi nervosi giungono in alcune zone specifiche poste nella corteccia occipitale. La combinazione dei segnali provenienti dai due occhi permette di attivare la percezione tridimensionale degli oggetti del mondo esterno.