la fisiologia della luce: le onde, l`occhio e la mente.

LA FISIOLOGIA DELLA LUCE: LE ONDE, L’OCCHIO E LA MENTE.
Di Gianluca Melatini.
1: STRUTTURA FISICA DELL'OCCHIO UMANO MEDIO:
Nell'uomo l'occhio ha consistenza dura ed elastica; è tenuto in posto, oltre che dai muscoli, da fasce,
nervi e vasi che in esso penetrano. Nella parte anteriore l'occhio presenta esternamente la cornea, che è
trasparente, nel cui centro sono visibili l'iride, variamente colorata da individuo a individuo, e la
pupilla, il foro attraverso cui vengono recepite le immagini e che si dilata o si restringe a seconda della
minore o maggiore intensità degli stimoli luminosi. La parte posteriore è formata dalla sclera, di colore
biancastro, da cui emerge il nervo ottico. Esso è spesso paragonato con una telecamera: 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 gradi si traduce nello sdoppiamento delle immagini. La retina,
considerata un'espansione del nervo ottico, che, come una membrana, si applica sulla coroide. Il nucleo
dell'occhio è formato da materiali liquidi e da organelli strutturali: procedendo dall'avanti all'indietro il
bulbo oculare presenta le camere dell'occhio, il cristallino e il corpo vitreo. Le due camere consistono
in uno spazio cavo contenente l'umor acqueo, liquido incolore e trasparente; tale spazio è distinto in
camera anteriore, delimitata in avanti dalla faccia posteriore della cornea e indietro dalla faccia
anteriore dell'iride e del cristallino, e nella più piccola camera posteriore (in comunicazione con la
prima tramite la pupilla), confinante anteriormente con l'iride e posteriormente con il cristallino, il
corpo vitreo e il corpo ciliare.
2: FUNZIONAMENTO DELLA VISTA UMANA.
2.1 L'OCCHIO COME UNA MACCHINA FOTOGRAFICA:
L'occhio ci garantisce la visione trasformando la luce che lo colpisce in informazioni che, sotto forma
di impulsi elettrici, arrivano al cervello. La visione da sola rappresenta circa il 70% delle percezioni che
l'uomo riceve dal mondo esterno. Quando fissiamo un oggetto, la luce che da esso proviene entra nei
nostri occhi, attraversa una serie di lenti naturali, che sono in sequenza la cornea , il cristallino ed il
corpo vitreo che corrispondono alle lenti dell'obiettivo di una macchina fotografica, e va ad
"impressionare" la retina (la pellicola). La retina eccitata dalla luce che la colpisce trasmette
informazioni al cervello inviando impulsi elettrici attraverso un cavo biologico: il nervo ottico . Il
cervello studia e sfrutta le informazioni visive, avvalendosi di esse per decidere il comportamento e le
reazioni dell'intero organismo.
2.2 VIAGGIO DI UNO STIMOLO LUMINOSO:
La luce (che si compone dei vari colori dell’arcobaleno a diversa frequenza, dal colore rosso al
violetto) colpisce gli oggetti, che ne riflettono solo una parte, di una precisa lunghezza d’onda, a
seconda del pigmento contenuto negli stessi. Successivamente questa parte di luce riflessa colpisce il
nostro occhio: essa passa attraverso la pupilla (che viene dilatata o contratta dai muscoli dell’iride a
seconda della quantità di luce). Attraversa poi il cristallino (composto da un nucleo piuttosto denso e da
una parte corticale gelatinosa, entrambi avvolti da una capsula fibrosa) che indirizza la luce verso la
parte interna dell’occhio. Segue un'altra cavità, molto più ampia, occupata da una sostanza gelatinosa
limpida, l'umor vitreo, che contribuisce a mantenere la forma dell'occhio; esso è traspartente al
passaggio di luce e non varia lo stimolo luminoso in arrivo. Segue la retina (un tessuto nervoso
pluristratificato) dove l'energia luminosa si trasforma in impulsi elettrici che vengono trasmessi al
cervello.
2.3 CONVERSIONE DI UNO STIMOLO LUMINOSO IN STIMOLO NERVOSO:
Lo stimolo luminoso colpisce la retina, costituita da un epitelio pigmentato monostratificato, che
riveste l'intera uvea fino al margine pupillare dell'iride in corrispondenza della sua faccia interna, e
dallo strato nervoso che è sensibile alla luce. Paradossalmente, i recettori di senso veri e propri
(bastoncelli e coni) non sono situati, come si potrebbe pensare, superficialmente, ossia rivolti verso la
luce, ma al contrario si orientano verso l'esterno, ovvero in rapporto con l'epitelio pigmentato
monostratificato che confina con la coroide.Vasi sanguigni e fibre nervose penetrano nell'occhio
tramite la pupilla del nervo ottico oppure, provenendo dalle arterie e dalle vene, si dividono in quattro
rami principali che si distribuiscono nell'intero strato nervoso, a eccezione del centro ottico vero e
proprio, vale a dire il luogo della maggiore acuità visiva, la fovea centrale. Nella fovea è raggruppata
la maggior parte dei recettori visivi, gli strati retinici sovrastanti sono sospinti di lato, i vasi sanguigni
sono assenti. Tale architettura permette all'occhio di vedere gli oggetti che vengono riprodotti nella
fovea in modo nitido e con la minor deformazione possibile. Nella parte più esterna della retina sono
situate le cellule sensibili alla luce, i bastoncelli e i coni..
2.4 VIAGGIO DI UNO STIMOLO NERVOSO:
La iperpolarizzazione di coni e bastoncelli, dovuta allo stimolo luminoso, porta alla cessazione della
secrezione di glutammato, per il quale cellule più interne e in sinapsi con gli stessi coni o bastoncelli, le
cellule bipolari, hanno recettori di membrana. Lo stimolo quindi giungerà al nervo ottico tramite i
neurotrasmettitori secreti dalle cellule polarizzate. Dal nervo ottico, attraversando il chiasma ottico, lo
stimolo raggiungerà la zona occipitale del cervello, in cui verrà poi rielaborata (capovolta) e
visualizzata correttamente. Dopo che i nostri occhi hanno convertito gli stimoli luminosi in
informazioni neurali, il nostro cervello deve codificare queste informazioni per ricostruire internamente
l'immagine acquisita ed interpretarla al fine di estrarne rappresentazioni utili del mondo che ci
circonda.
3: FENOMENI VISIVI E CURIOSITA’.
3.1 LA RIFRAZIONE:
Quando un raggio luminoso attraversa due strati costituiti da materia differente viene deviato dalla sua
traiettoria rettilinea.
Ora immaginiamo uno squalo che nuota poco sotto la superficie di una grande vasca; se riusciamo a
vederlo significa che i raggi di luce che lo investono vengono riflessi dal suo corpo e da questo
raggiungono i nostri occhi. Tuttavia vedremo lo squalo in una posizione differente da quella che occupa
realmente. Infatti seguiamo a ritroso il percorso del raggio luminoso dallo squalo al nostro occhio: la
tendenza a estrapolare la traiettoria rettilinea del raggio fa sì che ne proseguiremo una immaginaria
traiettoria: vedremo lo squalo in una posizione differente da quella reale. Se la linea d'osservazione
intercetta la superficie di separazione acqua-aria con un angolo limite o superiore non si ha più
rifrazione ma riflessione totale della luce. Il fenomeno della rifrazione costituisce un'ottima premessa
alla discussione di illusioni quali i miraggi.
3.2 I MIRAGGI:
Uno dei più fantastici effetti della rifrazione è il ben noto fenomeno del miraggio. I nomadi che
attraversano il deserto hanno talvolta la visione di un'oasi che si rispecchia nelle limpide acque di un
laghetto. E' certamente deludente lo svanire di questa illusione via via che ci si avvicina al luogo dove
ci si aspettava di trovare un certo refrigerio. La sabbia del deserto arroventata dal sole scalda gli strati
d'aria ad esse immediatamente contigui sicché la fascia d'aria compresa fra la sabbia e la cima di una
palma ha temperatura via via decrescente. Temperatura decrescente significa aria progressivamente
meno densa dal basso verso l'alto: i raggi luminosi provenienti dalla cima della palma tendono ad
allontanarsi dalla perpendicolare al suolo incurvandosi; se raggiungono la sabbia con un'incidenza
maggiore dell'angolo limite vengono riflessi nella direzione dell'osservatore che li percepirà come
provenienti da una palma che si riflette nell'acqua. Oltre la miraggio è da citare la cosiddetta fata
morgana un fenomeno abbastanza frequente in Italia sullo Stretto di Messina e nella parte centro
orientale degli Stati Uniti nota come regione dei Grandi Laghi. Il fenomeno è l'inverso del miraggio (in
questo caso la densità dell'aria aumenta dal basso verso l'alto): l'oggetto virtuale si staglia nel cielo e
dato il particolare percorso seguito dai raggi luminosi l'oggetto reale può essere nascosto alla vista
aumentando la suggestione del fenomeno.
3.3 IL SOLE E LA LUNA:
Una delle illusioni atmosferiche a cui spesso assistiamo senza accorgercene è quella relativa al sorgere
dei corpi celesti per noi più visibili: il sole e la luna. E' noto che quando vediamo uno di essi elevarsi
dall'orizzonte abbiamo la netta impressione che le sue dimensioni siano maggiori di quando è alto nel
cielo. Molte spiegazioni sono state date a proposito come per es. un effetto prodotto dall'atmosfera che
fungerebbe da lente di ingrandimento, ma non è così, o per lo meno, non soltanto.
L'illusione viene creata da diversi fattori, alcuni fisici, ma in misura ridottissima, mentre le cause più
significative si nascondono nel nostro modo di vedere gli oggetti distanti. Una possibile spiegazione del
fenomeno, infatti, asserisce che in realtà siamo noi che pensiamo di vedere l'astro più grande perchè si
trova vicino a dei punti di riferimento: l'orizzonte le case gli alberi etc. Quando invece l'astro è alto nel
cielo e non ci sono appunto dei riferimenti lo vediamo della grandezza solita. Provate allora al sorgere
della luna o del sole a interporre una mano tra voi e l'orizzonte in modo da vedere solamente l'astro e
non il resto. Noterete che l'illusione è minore. Ma un'altra possibile concausa fa riferimento alla legge
di Emmert sulla percezione delle dimensioni di un oggetto: "La dimensione percepita di un particolare
angolo visivo è direttamente proporzionale alla sua distanza percepita".
3: LE ABERRAZIONI VISIVE.
3.1 LE AMETROPIE:
Riassumiamo qui anche i principali difetti ottici delle “lenti” dell’occhio poiché il modello che
proporremo fra poco consente di simulare anche quelle. Se un occhio normale si può chiamare
emmètrope, un occhio in cui vi sia un difetto di convergenza dei mezzi trasparenti si chiama
amètrope. L’ametropìa può riguardare difetti di convergenza “sferica”, cioè difetti correggibili con
lenti sferiche. Vi sono due forme di tale ametropìa. Esse sono miopia e ipermetropia.
3.2 ASTIGMATISMO:
L’astigmatismo è presente quando la curvatura della cornea, e talvolta del cristallino, è irregolare – più
inclinata in una direzione rispetto a quella del meridiano opposto – come una palla da rugby. Quasi tutti
hanno un certo grado di astigmatismo, ma per alcuni l’irregolarità della curvatura causa che i raggi
luminosi convergano su diversi punti dell’occhio, distorcendo la visione da lontano e da vicino.
3.3 PRESBIOPIA:
La presbiopia è la perdita della capacità di messa a fuoco che si determina con il passare degli anni.
Quando si è giovani, il cristallino (la lente che si trova all’interno dell’occhio) è soffice e flessibile, e
può cambiare forma facilmente, consentendo all’occhio di mettere a fuoco gli oggetti vicini e quelli
molto lontani. Quando si arriva intorno ai 40 anni, il cristallino diventa meno flessibile, e non è più in
grado di mettere a fuoco gli oggetti più vicini. Inizialmente lo sfocamento è peggiore in ambienti poco
luminosi, per questo molte persone si rendono conto per la prima volta di essere presbiti quando
cominciano ad avere difficoltà a leggere il menù.