Due sistemi di recettori per due condizioni di luce
La retina contiene due famiglie di fotorecettori, i coni e i bastoncelli, specializzati in condizioni di illuminazione diverse. I coni, concentrati soprattutto nella fovea (la regione centrale della retina), operano in piena luce, garantiscono la visione dei colori e una elevata acuita’ visiva. I bastoncelli, molto piu’ numerosi e distribuiti nella retina periferica, sono estremamente sensibili e funzionano con quantita’ minime di luce, ma non distinguono i colori e offrono una risoluzione spaziale inferiore.
Questa divisione del lavoro spiega perche’ la visione cambia natura a seconda della luce disponibile. In condizioni diurne vediamo con i coni: visione fotopica, ricca di dettagli e colori. In condizioni di scarsa illuminazione vediamo con i bastoncelli: visione scotopica, in toni di grigio e poco definita. Nella penombra i due sistemi lavorano insieme, in quella che viene chiamata visione mesopica.
L’adattamento al buio
Il passaggio dalla visione diurna, affidata ai soli coni, alla visione notturna, affidata ai soli bastoncelli, non e’ immediato: richiede circa 20-25 minuti perche’ la sensibilita’ raggiunga il suo livello massimo. Questo fenomeno e’ chiamato adattamento al buio. E’ il motivo per cui, entrando in un ambiente molto scuro, all’inizio non vediamo quasi nulla e solo gradualmente cominciamo a percepire contorni e oggetti.
L’adattamento al buio e’ spiegato da diversi fattori che agiscono in parallelo. Il primo e’ la dilatazione delle pupille, che lascia entrare nell’occhio una maggiore quantita’ di luce. Il secondo, il piu’ importante, e’ la rigenerazione della rodopsina, il pigmento fotosensibile contenuto nei bastoncelli. Il terzo e’ un aggiustamento nel modo in cui la retina organizza i segnali, in modo che su ciascuna cellula gangliare convergano le informazioni raccolte da molti recettori.
Il ruolo della rodopsina
La rodopsina e’ il pigmento visivo dei bastoncelli e il vero protagonista dell’adattamento al buio. Quando la luce la colpisce, la molecola si scompone in un processo chiamato sbiancamento: e’ questa reazione che genera il segnale visivo, ma allo stesso tempo rende temporaneamente il pigmento non disponibile. Alla luce intensa una quota elevata di rodopsina resta sbiancata e i bastoncelli sono di fatto poco utili.
Al buio il processo si inverte: la rodopsina si ricostituisce lentamente, restituendo ai bastoncelli la loro sensibilita’. Questa rigenerazione e’ relativamente lenta e progressiva, e proprio la sua durata spiega perche’ l’adattamento completo al buio richieda parecchi minuti, molto piu’ a lungo del semplice allargamento della pupilla.
La convergenza retinica
Un terzo elemento riguarda l’organizzazione dei circuiti retinici. Nei bastoncelli molti recettori convergono sulla stessa cellula gangliare, l’ultimo stadio prima che il segnale lasci la retina diretto al cervello. Sommando i contributi di tanti recettori, la retina riesce a costruire una risposta percepibile anche quando la luce che arriva a ciascun singolo bastoncello e’ minima. Questa sommazione aumenta la sensibilita’ al buio, ma riduce la nitidezza dell’immagine: e’ il compromesso tipico della visione notturna, sensibile ma poco dettagliata.
L’adattamento alla luce
Il fenomeno opposto si verifica quando un occhio gia’ adattato al buio viene improvvisamente esposto a una luce intensa. In quel momento il sistema visivo viene temporaneamente saturato: l’abbagliamento iniziale ci impedisce di vedere finche’ la retina non si riadatta. Questo processo si chiama adattamento alla luce ed e’ molto piu’ rapido di quello al buio, perche’ richiede circa 5-10 minuti.
La maggiore rapidita’ dell’adattamento alla luce dipende dalla natura dei processi coinvolti. Le pupille si contraggono velocemente per ridurre la luce in ingresso, mentre i bastoncelli, la cui rodopsina viene rapidamente sbiancata, smettono di contribuire e lasciano la scena ai coni, che lavorano bene in condizioni di forte illuminazione. La visione torna cosi’ rapidamente a essere fotopica, dettagliata e a colori.
La curva di adattamento e la soglia visiva
L’andamento dell’adattamento al buio puo’ essere descritto misurando la soglia visiva, cioe’ la quantita’ minima di luce necessaria perche’ uno stimolo venga percepito. Piu’ l’occhio e’ adattato al buio, piu’ questa soglia si abbassa: bastano quantita’ di luce sempre minori per vedere.
Se si rappresenta la soglia nel tempo si ottiene la cosiddetta curva di adattamento al buio, che ha una forma caratteristica a due fasi. Nei primi minuti la sensibilita’ aumenta rapidamente grazie ai coni, che raggiungono presto il loro limite. Dopo alcuni minuti compare un punto di flesso, spesso chiamato rottura dei coni: da quel momento in poi sono i bastoncelli, piu’ lenti ma molto piu’ sensibili, a guidare l’ulteriore miglioramento, fino al livello massimo raggiunto verso i 20-25 minuti.
L’effetto Purkinje
Un fenomeno collegato all’adattamento e’ lo spostamento di Purkinje. Al calare della luce la sensibilita’ dell’occhio si sposta verso le lunghezze d’onda piu’ corte: i colori rossi diventano scuri e poco visibili, mentre i blu e i verdi appaiono relativamente piu’ luminosi. Questo dipende dal fatto che coni e bastoncelli hanno una sensibilita’ massima a lunghezze d’onda diverse, e nella penombra il contributo dei bastoncelli, piu’ sensibili al verde-blu, diventa dominante.
Perche’ tutto questo e’ importante
La capacita’ di adattamento a luce e buio conferisce al sistema visivo una flessibilita’ notevole: gli permette di operare a intensita’ luminose che vanno dall’oscurita’ della mezzanotte senza luna fino al solleone di mezzogiorno, un intervallo enorme. Senza adattamento dovremmo scegliere tra vedere di giorno o vedere di notte; grazie ad esso facciamo entrambe le cose con lo stesso organo.
Questi meccanismi hanno anche risvolti pratici. Spiegano perche’ chi guida di notte resta momentaneamente accecato dai fari di un’auto che incrocia, e perche’ conviene attendere qualche minuto al buio prima di fidarsi della propria vista. Spiegano l’uso di luci rosse in ambienti dove serve preservare la visione notturna, dato che la luce rossa interferisce poco con i bastoncelli. Aiutano infine a comprendere alcuni disturbi visivi, come la difficolta’ di adattamento al buio che accompagna certe carenze o patologie della retina.
Domande frequenti
Quanto tempo serve per adattarsi al buio?
L’adattamento al buio raggiunge il suo livello massimo dopo circa 20-25 minuti. Una parte del miglioramento avviene nei primi minuti grazie ai coni, ma e’ la lenta rigenerazione della rodopsina nei bastoncelli a portare la sensibilita’ al suo picco, e questo richiede tempo.
Perche’ l’adattamento alla luce e’ piu’ rapido di quello al buio?
Perche’ i processi coinvolti sono diversi. Adattarsi alla luce richiede circa 5-10 minuti e si basa soprattutto sulla rapida contrazione della pupilla e sullo sbiancamento della rodopsina, entrambi veloci. Adattarsi al buio dipende invece dalla rigenerazione della rodopsina, un processo chimico lento, e per questo richiede molto piu’ tempo.
Perche’ nella penombra non distinguiamo bene i colori?
Perche’ in condizioni di scarsa luce vediamo soprattutto con i bastoncelli, che sono molto sensibili ma non codificano il colore. I coni, responsabili della visione cromatica, hanno bisogno di piu’ luce per attivarsi. Per questo nella penombra il mondo ci appare in toni di grigio e i contorni risultano meno definiti.
La luce rossa aiuta davvero a preservare la visione notturna?
Si’, ed e’ il motivo per cui viene usata in molti contesti dove serve restare adattati al buio. La luce rossa, di lunghezza d’onda lunga, stimola poco i bastoncelli e interferisce in misura minore con la rodopsina gia’ rigenerata. Permette quindi di vedere uno strumento o una mappa senza perdere del tutto l’adattamento al buio faticosamente raggiunto.
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