presentazione di powerpoint - parsival...fovea 1 cono singole in serie : 1 cellula bipolare media...

corso integrato FISICA - disciplina FISICA

Corso di Laurea Specialistica in MEDICINA e CHIRURGIA

VISTAmeccanismo della visione

VISTAmeccanismo della visione

- ANATOMIA DELL'OCCHIO- FOTORECETTORI- MECCANISMO DELLA VISIONE- VISIONE A COLORI

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cornea : n = 1.33

umor acqueo : n = 1.33iride : diaframma

cristallino : n = 1.44

R = 10 mm (a riposo)R = 6 mm (sotto sforzo)

lente biconvessa

diottro R = 8 mm

r = 2.5 mm

umor vitreo : n = 1.33retina : tessuto nervoso fotosensibile

ANATOMIA DELL'OCCHIO

umor vitreo

fovea

retinascleracoroide

nervoottico

cristallinoumoracqueo

cornea

iridemuscolo ciliare

asseottico

20°40°60°

20°40°60°

D = 22 mm

D. SCANNICCHIO 2007

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umoracqueo

corneafovea

retina

nervo ottico

iridemuscolo ciliare

20°40°

60°

20°40°

60°

D = 22 mm

scleracoroide

asseottico

cristallino

umor vitreo

ANATOMIA DELL'OCCHIO

D. SCANNICCHIO 2007

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fovea

fibre nervose

cellule retiniche :elaboratrici e fotorecettori

coroide

umor vitreo

epitelio pigmentato

fotoniincidenti

asse ottico

nervo ottico

RETINAD. SCANNICCHIO 2007

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RETINA

fotoniincidenti

umor vitreo

cellulegangliari

cellule orizzontali

celluleamacrime

cellulebipolari

conibastoncelli

epiteliopigmentato

coroide

fibre nervose

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6RETINA

D. SCANNICCHIO 2007

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DISPOSIZIONE LOGICA IDEALE

luce

fotorecettori

elaboratrici

cervello

afferenti efferenti

RIVELATORE

INTERFACCIA

CALCOLATORE

potenziale d'azione

insetti

D. SCANNICCHIO 2007

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DISPOSIZIONE LOGICA REALE

luce

fotorecettori

elaboratrici

cervello

afferenti efferenti

fotorecettoriRIVELATORE

INTERFACCIA

CALCOLATORE

potenziale d'azione

vertebrati

punto ciecoD. SCANNICCHIO 2007

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FOTORECETTORI

1.25 108 bastoncelli5.50 106 coni

160120

8040

0 -30°-20°-10° 0 10°20°30°

punto cieco

bastoncelli

coni

bastoncelli

zona temporale zona nasale

angolo sulla retina

asse ottico

x 103 mm–2

(fovea)

densità coni / bastoncelli

umor vitreo

fovea

20°40°60°

20°40°60°

asse ottico

punto cieco

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a gruppi : 140 bastoncelli + 6 coni

1 cellula bipolare diffusa

1 cellula gangliare

visione notturna(scotopica)

fibranervosa

ORGANIZZAZIONE LOGICA

fovea 1 cono

singole in serie :

1 cellula bipolare media

visione diurna (fotopica)fibranervosa

riduzione 100 : 1 1.3 108 fotorecettori 106 fibre nervo ottico

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elaborazione nella retina(cellule elaboratrici)

1.3 108 fotorecettoririduzione 100 : 1

FOTORECETTORI e ELABORATRICI

inibizione laterale :

retroazione :

funzioni neuroni retiniciaumento di contrasto

cervello cellule amacrime illusioni ottiche

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FOTORECETTORI e ELABORATRICI

analisi della forma: forme geometriche semplicifunzioni neuroni retinici

coincidenza :soglia visiva (stimolo) (dato sperimentale) :

5÷7 fotoni su 500÷700 bastoncelli

sufficiente 1 fotone su 100 bastoncelli (probabilità 1 %)(2 fotoni sullo stesso bastoncello: probabilità 10–4 )

risposta visiva :

(molto improbabile)

minima sensazione visiva :

rumore fondo1 fotone

necessaria coincidenza 5÷7 fotoniD. SCANNICCHIO 2007

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MECCANISMO DELLA VISIONE

retinale

opsina

generazione del potenziale d'azioneluce

opsina

C19H27–CHOretinale

stato isomerico

luce

C19H27–CH2OHvitamina A1

bastoncelli : rodopsinaconi : cianolabe, clorolabe, eritrolabe

(peso molecolare ≈ 30000 dalton)opsine

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rodopsina

opsina

retinale

vitamina A1

LUCE

deidrogenasi

iperpolarizzazione segmento esterno

processi chimici

generazione del potenziale d'azioneOSCURITA'

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rilascio acetilcolina vescicole

innesco potenziale d'azione in cellule bipolari

bipolare

generazione del potenziale d'azione

sinapsi

o t

V

Vm

VNa

VK

iperpolarizzazione segmento esterno

segmento esterno

sinapsi

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elaborazione retinica

elaborazione cerebrale

nervo ottico

propagazione potenziale d'azione

rilascio acetilcolina vescicole

innesco potenziale d'azione in cellule bipolari

sinapsi


bipolare

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14

sinistrodestro

sinistro destro

nervo ottico

chiasma ottico nuclei

pretettali

corpi genicolati

radiazioni ottiche

corteccia occipitale


bastoncelli e coni da cellule gangliari retiniche

funzioni dei neuroni cerebralinella formazione dell'immagine

genicolato

cono da cellule gangliari della fovea

divergenza

D. SCANNICCHIO 2007

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correlazione destra-sinistra

raddrizzamento immagine (apprendimento)


riparazione zone cieche

divergenza (deconvoluzione dell'informazione)

combinazione colori

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sensibilità fotorecettori

visione bastoncelli

visione coni

bastoncelli : rodopsina

coni : cianolabe, clorolabe, eritrolabe

(peso molecolare ≈ 30000 dalton)opsine


sensibilità bastoncelli = 1000 x sensibilità coni

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70 fotoni incidenti 5 ÷7 scissioni di rodopsina

Vm = – 30 mV V = – 50 mV (iperpolarizzazione)

sensibilità fotorecettori

sensibilità bastoncelli = 1000 x sensibilità coni

n° stimoliΔt intensità luminosa

immagine 1.3 108 stimoli

∝


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SENSIBILITA' VISIVA

fovea

retina

nervo ottico

asseottico

umor vitreo

fotoniincidenti

100 fotoni incidenti50% riflessi

80% assorbiti10 fotoni sulla retina

50% trasmessi

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5 ÷ 7 fotoni nella retina

50 ÷ 70 fotoni incidenti sulla cornea

soglia visiva

applicazione:

50 watt

50 fotoni

l

luce gialla : λ = 600 nm

SENSIBILITA' VISIVA

ν = cλ

3 108 m s–1

600 10–9 m= 5 1014 Hz=

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Efotone = h ν = 6.6 10–34 J s x 5 1014 Hz = 3.3 10–19 J

diaframma: r = 2.5 mm

50 watt

50 fotoni

l


50 watt (4% percepibile) 2 watt

fotoni incidenti al secondo

Epercepibile emessa area pupilla

Efotone area sfera raggio l =

50 fotoni s–1 = 2 W x π ( 2.5 10–3 m )2

3.3 10–19 J x 4 π l2

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l = 4.35 105 m = 435 km MILANO-ROMAin linea d'aria (vuoto)

diaframma: r = 2.5 mm

50 watt

50 fotoni

l


50 fotoni s–1 = 2 W x π ( 2.5 10–3 m )2

3.3 10–19 J x 4 π l2

l2 =2 W x π ( 2.5 10–3 m )2

3.3 10–19 J x 4 π 50 fotoni s–1 = 1.89 1011 m2

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visione bastoncelli visione notturna (scotopica)sensibilità fotorecettori


10080

6040

200

400 440 480 520 560 600

λ

(nm)

496 nmcoefficiente di assorbimento

(sensibilità retinica)

%

640

punto sperimentale

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visione coni visione diurna (fotopica)sensibilità fotorecettori


visione a coloricoefficiente di assorbimento

(sensibilità retinica)

100

%

7550250

400 500 600 700λ

(nm)

(cianolabe)pigmento blu

pigmento verde(clorolabe)

pigmento rosso(eritrolabe)

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14

sinistrodestro

sinistro destro

nervo ottico

chiasma ottico nuclei

pretettali

corpi genicolati

radiazioni ottiche

corteccia occipitale


bastoncelli e coni da cellule gangliari retiniche


genicolato

cono da cellule gangliari della fovea

divergenza

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correlazione destra-sinistra

raddrizzamento immagine (apprendimento)


riparazione zone cieche

divergenza (deconvoluzione dell'informazione)

combinazione colori

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VISIONE A COLORI

b = 0.22

r = 0.48

1.00.80.60.40.2

0 0.80.4

v = 0.30

rosa

13

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

0.7

0.80

0.1

0.20.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

700-780650

610

590580

570560

550540

530520

510

500

490

480470

430 380

rosso

blu

verde

bianco λ (nm)

V

R

Bteoria tricromica di Young-Helmoltz

rosa

triangolo del colore

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visione coni potenziali d'azione ≡ impulsi

1.00.80.60.40.2

0 440 520 600 680λ

(nm)

coefficienti a, b, c ∝n° impulsi

Δt

VISIONE A COLORI

colore X = aA + bB + cC a + b + c = 1

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colore X = aA + bB + cC a + b + c = 1

esempio:

VISIONE A COLORI

Δt480 impulsi tipo A

220 impulsi tipo C300 impulsi tipo B

colore rosa

(triangolo del colore)b = 0.22

r = 0.48

1.00.80.60.40.2

0 0.80.4

v = 0.30

rosa

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colore X = aA + bB + cC a + b + c = 1colore Y = a'A + b'B + c'C a' + b' + c' = 1

VISIONE A COLORI

colore Z = X + Y (a+a') (b+b') (c+c')2 2 2= A + B + C

combinazione dei colori

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