23 Gennaio 2022

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Quali fotorecettori degli occhi reagiscono a molta luce o colore?

Bastoncelli e coni

Ci sono due tipi di fotorecettori nella retina umana, bastoncelli e coni.

I bastoncelli sono responsabili della visione a bassi livelli di luce (visione scotopica). Non mediano la visione dei colori e hanno una bassa acutezza spaziale.

I coni sono attivi a livelli di luce più alti (visione fotopica), sono in grado di vedere i colori e sono responsabili di un’elevata acuità spaziale. La fovea centrale è popolata esclusivamente da coni. Ci sono 3 tipi di coni che chiameremo coni sensibili alla lunghezza d’onda corta, coni sensibili alla lunghezza d’onda media e coni sensibili alla lunghezza d’onda lunga o, in breve, coni S, coni M e coni L.

I livelli di luce in cui entrambi sono operativi sono chiamati mesopici.

La figura in basso mostra la distribuzione dei bastoncelli e dei coni nella retina. Questi dati sono stati preparati da sezioni istologiche fatte su occhi umani.

Nella figura in alto, potete mettere in relazione l’angolo visivo con la posizione sulla retina nell’occhio.

Notate che la fovea è priva di bastoncelli e ha una densità molto alta di coni. La densità di coni cade rapidamente ad un livello costante a circa 10-15 gradi dalla fovea. Notate il punto cieco che non ha recettori.

A circa 15°-20° dalla fovea, la densità dei bastoncelli raggiunge un massimo. (Ricordate dove Hecht, Schlaer e Pirenne presentavano i loro stimoli.) Una sezione longitudinale apparirebbe simile, ma non ci sarebbe un punto cieco. Ricordate questo se volete presentare stimoli periferici e volete evitare l’angolo cieco.

Ecco una figura dal libro di testo che mostra i cambiamenti nelle dimensioni dei fotorecettori con l’eccentricità. Il grafico in basso mostra le variazioni individuali nella densità dei coni.

Qui ci sono diagrammi schematici della struttura dei bastoncelli e dei coni:

Questa figura mostra la varietà di forme e dimensioni dei recettori attraverso e all’interno delle specie.

Ecco un riassunto delle proprietà e delle differenze di proprietà tra i bastoncelli e i coni:

Se guardate sopra il diagramma schematico dei bastoncelli e dei coni, vedrete che nei segmenti esterni dei bastoncelli la membrana cellulare si ripiega e crea dei dischi. Nei coni, le pieghe rimangono formando strati multipli. Le molecole di fotopigmento risiedono nelle membrane di questi dischi e pieghe. Sono incorporate nelle membrane come mostrato nel diagramma qui sotto dove le due linee orizzontali rappresentano la membrana di un disco di verga (la membrana in alto o in basso del disco) e i cerchi rappresentano la catena di aminoacidi che compongono una molecola di rodopsina. La rodopsina è il fotopigmento dei bastoncelli.

Ogni aminoacido e la sequenza di aminoacidi sono codificati nel DNA. Ogni persona possiede 23 coppie di cromosomi che codificano la formazione di proteine in sequenze di DNA. La sequenza per una particolare proteina è chiamata gene. Negli ultimi anni, i ricercatori hanno identificato la posizione e la sequenza chimica dei geni che codificano i fotopigmenti nei bastoncelli e nei coni.

Questa figura mostra la struttura della molecola della rodopsina. La molecola forma 7 colonne che sono incorporate nella membrana del disco. Anche se non sono mostrate in questo schema, le colonne sono disposte in cerchio come le assi di una botte. (Un’altra molecola chiamata cromoforo si lega all’interno di questo barile).

Ogni cerchio è un amminoacido che sono i mattoni delle proteine. Ogni amminoacido è codificato da una sequenza di tre acidi nucleici nel DNA.

Prima di identificare la sequenza genetica della rodopsina umana, è stata sequenziata in altri animali. Qui è mostrato il confronto tra la sequenza bovina (mucca) e quella umana. Sono molto simili con solo un piccolo numero di differenze (i cerchi scuri). Anche quando c’è una differenza può non essere funzionalmente significativa.

Il gene per la rodopsina umana si trova sul cromosoma 3.

Questa figura mostra la sequenza del pigmento del cono S rispetto a quella della rodopsina. Il gene del pigmento del cono S si trova sul cromosoma 7. Notate quanto sono diversi.

Questa figura mostra la sequenza dei pigmenti del cono L e del cono M confrontati tra loro. Questi pigmenti sono molto simili. Solo le differenze all’interno della membrana cellulare possono contribuire alle differenze nella loro sensibilità spettrale.

I pigmenti del cono M e L sono entrambi codificati sul cromosoma X in tandem. Il 23° paio di cromosomi determina il sesso. Per le femmine questa coppia è XX e per i maschi è XY.

Torneremo su questo punto più avanti, quando parleremo della visione dei colori e del daltonismo.

Il recettore mosaico

Questa figura mostra come i tre tipi di cono sono disposti nella fovea. Attualmente c’è una grande quantità di ricerche che riguardano la determinazione dei rapporti dei tipi di coni e la loro disposizione nella retina.

Questo diagramma è stato prodotto sulla base di sezioni istologiche di un occhio umano per determinare la densità dei coni. Il diagramma rappresenta un’area di circa 1° di angolo visivo. Il numero di coni S è stato impostato al 7% sulla base delle stime di studi precedenti. Il rapporto cono L:cono M è stato fissato a 1,5. Questo è un numero ragionevole considerando che studi recenti hanno mostrato ampie gamme di rapporti di coni in persone con una normale visione dei colori. Nella fovea centrale un’area di circa 0,34° è priva di coni S. I coni S sono distribuiti in modo semi-regolare e i coni M e L sono distribuiti in modo casuale.

In tutta la retina il rapporto tra i coni L e M e i coni S è di circa 100:1.

Stima dell’acuità spaziale dal mosaico

Dal mosaico di coni possiamo stimare l’acutezza spaziale o la capacità di vedere dettagli fini.

Nella fovea centrale ci sono circa 150.000 coni/mmq. La distanza tra i centri dei coni nell’imballaggio esagonale dei coni è di circa 0,003 mm. Per convertire questo in gradi di angolo visivo è necessario sapere che ci sono 0,29 mm/deg quindi la distanza è 0,003/0,29 = 0,013° tra i centri dei coni.

La frequenza di Nyquist, fè la frequenza alla quale inizia l’aliasing. Cioè un modello di griglia di cos(2*pi(N/2+f)) sopra la frequenza di Nyquist è indistinguibile dal segnale cos(2*pi(N/2-f)) al di sotto della frequenza di Nyquist dove N è il numero di punti campione per unità di distanza. La frequenza di Nyquist è f = 1/N. Il valore di N = 1/0.0102 = 97. Pertanto f = 48 cicli per grado.

In realtà, il limite di Nyquist foveale è più simile a 60 cicli per grado. Questo può essere il risultato dell’imballaggio esagonale piuttosto che rettangolare del mosaico del cono. L’ottica dell’occhio offusca l’immagine retinica in modo che questo aliasing non venga prodotto. Usando l’interferometria laser, l’ottica dell’occhio può essere bypassata in modo da poter rivelare questo aliasing. Ne parleremo più in dettaglio nel capitolo sull’acuità visiva.

Il mosaico della retina, oltre all’elaborazione nel sistema visivo, produce un’altra capacità di vedere la risoluzione fine e di accertare l’allineamento degli oggetti chiamata iperacuità. Le persone hanno la capacità di vedere disallineamenti di oggetti di 5 secondi d’arco (che è 1/5 della larghezza di un cono). Questo corrisponde a vedere il disallineamento dei fari a 39 miglia di distanza. Forse puoi provare a risolvere questo problema per vedere se sto esagerando.

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Quali fotorecettori degli occhi reagiscono a molta luce?

Queste cellule specializzate sono chiamate fotorecettori. Ci sono 2 tipi di fotorecettori nella retina: bastoncelli e coni. I bastoncelli sono più sensibili ai cambiamenti di luce e buio, alla forma e al movimento e contengono solo un tipo di pigmento sensibile alla luce. I bastoncelli non sono adatti alla visione dei colori.

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Quale parte dell’occhio risponde alla luce colorata?

retina
La luce viaggia nell’occhio fino alla retina situata sul retro dell’occhio. La retina è coperta da milioni di cellule sensibili alla luce chiamate bastoncelli e coni. Quando queste cellule rilevano la luce, inviano segnali al cervello. Le cellule del cono aiutano a rilevare i colori.

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Quale fotorecettore è responsabile della visione dei colori?

I tuoi occhi contengono fotorecettori (cellule) che elaborano la luce che entra nell’occhio per aiutarti a percepire i colori. I bastoncelli rilevano le differenze tra buio e luce. Le cellule del cono rilevano i colori quando le condizioni di luce sono abbastanza luminose.

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Quale fotorecettore nell’occhio richiede molta più luce per funzionare e fornisce la visione a colori?

Coni
I coni richiedono molta più luce e sono usati per vedere i colori. Abbiamo tre tipi di coni: blu, verde e rosso. L’occhio umano ha solo circa 6 milioni di coni.

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I fotorecettori sono iperpolarizzati o depolarizzati alla luce?

Alla luce, i fotorecettori sono iperpolarizzati e rilasciano meno glutammato. Queste cellule bipolari sono chiamate cellule bipolari on-center perché sono attive quando la luce è accesa.

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Come fanno i fotorecettori a rilevare la luce?

La visione dipende dal rilevamento della luce Tutte le cellule visive identificate negli animali rilevano la luce utilizzando un’unica famiglia di proteine, chiamate opsine. … L’opsina a sua volta cambia la propria forma e accende le vie di segnalazione nelle cellule dei fotorecettori che alla fine inviano un messaggio al cervello che la luce è stata rilevata.

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Come si chiama la parte colorata del tuo occhio?

iride
Il leggero rigonfiamento della sclera nella parte anteriore dell’occhio è un tessuto chiaro, sottile e a forma di cupola chiamato cornea. Lo strato intermedio è la coroide. La parte anteriore della coroide è la parte colorata dell’occhio chiamata iride. Al centro dell’iride c’è un foro circolare o un’apertura chiamata pupilla.

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Come influisce la luce sul colore?

Il valore e l’intensità dei colori sono influenzati anche dalla quantità di luce. Con poca luce, i colori appaiono più scuri e meno intensi. Man mano che si aumenta la quantità di luce, il valore si schiarisce e l’intensità aumenta fino a raggiungere il suo colore reale.

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Qual è la funzione di un fotorecettore?

I fotorecettori sono neuroni specializzati che si trovano nella retina e che convertono la luce in segnali elettrici che stimolano i processi fisiologici. I segnali dai fotorecettori sono inviati attraverso il nervo ottico al cervello per l’elaborazione.

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Quale parte dell’occhio cambia la messa a fuoco alla luce?

lente
La lente si trova dietro l’iride e cambia la sua forma, per mettere a fuoco la luce in arrivo sulla retina. La retina è lo strato di tessuto che riveste la parte posteriore dell’occhio e converte la luce che riceve in segnali neurali che viaggiano lungo il nervo ottico e nel cervello.

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Dove si trova il muscolo ciliare?

Il muscolo ciliare è allungato, di forma triangolare, e si trova sotto la sclera anteriore appena dietro il limbus. Il lato più corto della regione triangolare è rivolto anteriormente verso l’interno ed è a questa regione del corpo ciliare che si inserisce la base dell’iride.

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Perché i fotorecettori sono iperpolarizzati dalla luce?

Al buio, alti livelli di cGMP nel segmento esterno mantengono aperti i canali. Alla luce, tuttavia, i livelli di cGMP scendono e alcuni dei canali si chiudono, portando all’iperpolarizzazione della membrana del segmento esterno e, in ultima analisi, alla riduzione del rilascio del trasmettitore alla sinapsi del fotorecettore.

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Cosa succede ai fotorecettori alla luce?

Quando la luce colpisce un fotorecettore, provoca un cambiamento di forma nella retina, alterando la sua struttura da una forma piegata (cis) della molecola al suo isomero lineare (trans). … Quando la luce colpisce la rodopsina, si attiva la proteina G transducina, che a sua volta attiva la fosfodiesterasi.

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Cosa succede quando la luce colpisce un fotorecettore?

Quando la luce colpisce un fotorecettore, provoca un cambiamento di forma nella retina, alterando la sua struttura da una forma piegata (cis) della molecola al suo isomero lineare (trans).

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Quali colori riflettono più luce?

La luce bianca contiene tutte le lunghezze d’onda dello spettro visibile, quindi quando il colore bianco viene riflesso, significa che tutte le lunghezze d’onda vengono riflesse e nessuna assorbita, rendendo il bianco il colore più riflettente.

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