Estratto da Nuovo Orione N. 66, novembre 1997

L’occhio, questo sconosciuto

Mettiamo alla prova, come se fosse un qualsiasi prodotto commerciale,

il più antico e sofisticato strumento ottico del mondo

di Piero Stroppa

L'occhio è lo strumento d’osservazione più antico del mondo; ed è molto più antico di quello che si immagini; infatti, è dotato di caratteristiche tali che possiamo far risalire questo magnifico prodotto della natura a centinaia di milioni di anni prima della comparsa dell'uomo sulla Terra.

Fino a pochi anni fa, si riteneva che la grande varietà di occhi presente in natura avesse delle origini differenti. Recentemente, però, si è stabilito che le sostanze sensibili alla luce utilizzate per la visione sono le stesse in tutti gli occhi del mondo animale, dall’uomo fino ai batteri “fototattici” (cioè che si muovono orientandosi con la luce).

Inoltre, studi genetici compiuti dallo svizzero W. Gehring hanno stabilito che il gene che sovrintende alla “costruzione” dell’occhio è lo stesso in molti animali diversissimi tra loro, come i mammiferi e gli insetti. Ciò dimostra che la natura ha adottato questa sua invenzione in organismi che hanno subito percorsi evolutivi indi­pendenti tra loro, un fatto che costituisce un grosso problema per gli studiosi dell'evoluzionismo.

È interessante esaminare l'occhio umano come uno strumento tecnologico, studiando le analogie e le differenze rispetto ai dispositivi prodotti dall’uomo che svolgono funzioni a­naloghe alle sue (strumenti ottici, macchine fotografiche, elaborato­ri elettronici); così, riusciremo ad ap­prezzare quelle potenzia­lità del prodotto naturale che in genere diamo troppo per scontate: magari, sappiamo a memoria tutte le caratteristi­che otti­che dei nostri strumenti di osservazione, ma forse non sap­piamo neanche qual è la lunghezza focale dei nostri occhi...

L’apparato visivo umano

La natura fornisce due occhi a ogni essere umano, per un totale di oltre 200 mi­liardi di esemplari prodotti fino ad oggi. Ogni singolo esemplare funziona fino dai primi mesi di vita e la sua durata, se non intervengono malattie o traumi particolari, è pari a quella della vita umana, anche se la sua efficienza diminuisce progressivamente nel tempo. Una parte dell’occhio, la cornea, può anche sopravvivere alla persona che la ospita ed essere trapiantata su un altro individuo.

In realtà, l’apparato visivo umano non è composto solo dagli occhi, che hanno il compito di raccogliere le immagini, ma anche dalla zona del cer­vello in cui ri­siedono i sistemi di interpretazione delle immagini. Questa regione, chiamata “corteccia visiva” è situata nella regione occipitale, vicino alla nuca; tuttavia, anche altre zone del cervello partecipano a questo processo di interpretazione.

Una semplice dimo­strazione dell'azione del cervello sulla visione l'abbiamo nel fatto che le immagini che vediamo sono diritte, mentre sulla retina dell’occhio si formano ca­povolte, come in qualsiasi camera oscura. Il raddrizzamento delle immagini avviene nel cervello, dove vengono interpretati i segnali provenienti dagli occhi. Pertanto, questo apparato è tremendamente complesso, molto piùdi una macchi­na foto­grafica, anche se molti di noi si lamentano perché non ci vedono bene e magari devono portare gli occhiali da vi­sta.

L'occhio umano (Figura 1) è costituito da un bulbo, avente il diametro di circa 20 mm e la massa di circa 7 g; esso è provvisto di un si­stema di lenti convergenti, composto dalla cornea e dal cristallino, che ha il com­pito di foca­lizzare sulla re­tina le immagini degli og­getti osser­vati, svolgendo il compito che nelle macchine fotografiche spetta all’obiettivo.

In condizioni normali, in un occhio esente da difetti, la lunghezza focale di que­sto sistema è uguale a circa 18 mm ed è in grado di mettere a fuoco sulla retina gli oggetti lontani (cioè situati “all’infinito”). Poiché la distanza tra il cri­stallino e la retina è fissa, pari proprio a 18 mm, la focalizzazione di oggetti che si trovano a distanze più vicine si può otte­nere solo modificando il valore della lunghezza fo­cale. Per esempio, l’osservazione di oggetti dall’infinito fino a 15 cm di distanza richiede una modifica della lunghezza focale da 18 a 16 mm, con un’escursione di circa 7 diottrie (ricordiamo che la diottria è l’inverso della lunghezza focale espressa in metri).

La cornea ha una lunghezza focale fissa, corrispondente a un potere di circa 43 diottrie; perciò, il processo di accomodazione dipende tutto dal cri­stallino, una lente biconvessa che è in grado di modificare la curvatura delle sue superfici e, di conseguenza, la sua lunghezza focale. In pratica, grazie ai cosiddetti “muscoli ciliari”, il cristallino diventa più convesso per gli oggetti più vicini e più piatto per quelli più lontani. Per me­rito dello scienziato svedese A. Gullstrand, si è scoperto che il processo di accomodazione dipende anche (per il 30% circa) da un insieme di fattori insi­ti nel cristallino stesso, il quale può perfino variare il suo indice di rifrazione.

Si tratta di meccanismi molto più complessi di quelli contenuti negli obiettivi fotografici o nei telescopi. Tuttavia, è curioso notare che nei calamari e nei pesci l’accomodazione viene eseguita proprio come in una macchina fotografica, cioè spostando avanti e indietro il cristal­lino. I gamberi e le aragoste hanno invece degli occhi che funzionano come i telescopi a specchio; infatti, una superficie riflettente posta dietro la retina degli occhi di questi animali fa convergere la luce sugli strati sensibili alla luce situati davanti ad essa.

Tutt'altra solu­zione hanno trovato gli insetti, costretti dalla dimensione estrema­mente piccola della loro testa a non adottare il modello della camera oscura presente in tutti gli animali, poiché le diffrazioni renderebbero impossibile una visione distinta. In questi animali, invece della camera oscura, centinaia di piccolissimi occhi puntano in direzioni diverse e funzionano insieme come una sola unità, come i pixel di un sensore CCD.

La pupilla, situata tra la cornea e il cristallino, costituisce il diaframma dell'occhio, di forma perfettamente circolare (e non poligonale, come nei diaframmi fotografici!). Il suo diametro può va­riare tra 1,5 e 7,5 mm circa, soprattutto in dipendenza dalle condizioni di luce: una diminuzione della luminosità causa la dilatazione della pupilla, per consentire una maggiore penetrazione di luce nell’occhio (Figura 2). In relazione alle diverse aperture della pupilla, l'“apertura” dell'occhio (cioè il rapporto tra il diametro del diaframma e la lunghezza focale) risulta quindi compresa tra f/2,4 e f/12.

Il punto situato sulla retina in posizione diametralmente opposta alla pupilla è la “fovea”, dove l’efficienza del sistema visivo è massima: è questo il punto su cui si proiettano le immagini degli oggetti verso i quali “dirigiamo” lo sguardo.

Il potere risolutivo (detto anche “acuità”) dell'occhio u­mano è de­finito dalla dimensione angolare del più piccolo dettaglio che esso può distinguere. Il suo valore dipende fortemente dalle condi­zioni di illuminazione: nelle condizioni medie, l'acuità su oggetti focalizzati nella fovea è determinata dalla distanza esistente tra le cellule sensibili alla luce; in termini angolari, essa ammonta a circa 1' (una moneta da 2 euro a 100 m di distanza).

Comunque, anche la scena che circonda ciò che stiamo osservando viene vista dai nostri occhi, ma con meno efficacia: a 10° dalla linea di vista l’acuità è già ridotta del 25% e a 40° è solo il 3%, come si può sperimentare cercando di continuare a leggere queste parole mentre si allontana progressivamente lo sguardo dalla riga.

Le variazioni dell’acuità nella fovea al variare delle condizioni di illuminazione sono illustrate nella Figura 3.

Per i piccoli diametri della pupilla (quando si ha un’illuminazione è forte), l'acuità è disturbata dalla diffrazione della luce che penetra in essa, mentre per i grandi diametri (quando l’illuminazione è debole) il limite è imposto dalle aberrazioni del cristallino (vedi il riquadro).

Di conseguenza, la pupilla d'uscita degli strumenti ottici non dovrebbe essere mai inferiore a 1,5 mm (il diametro minimo della pupilla umana), mentre il suo valore ottimale si aggira sui 3 mm, che corri­sponde alla massima acuità dell'occhio umano. Per esempio, per uno stru­mento da 10 pollici di diametro (254 mm), questa limitazione comporterebbe un ingrandimento otti­male di 85x e un ingrandimento massimo di 170x.

In condizioni ottimali, il tratto oscuro più sottile anco­ra perce­pibile in campo chiaro può però sottendere appena 1" (un filo spesso 1 mm a circa 200 m di distanza). Questo dato non contraddice quanto appena detto sull’acuità visiva, poiché l'immagine del tratto coinvolge moltissimi recet­tori della luce, mentre per un oggetto puntiforme la struttura che co­stituisce l'immagine si perde sulla superficie della retina e la per­cezione è conseguentemente più critica. Questo punto debole del nostro sistema visivo è quello che ci fornisce un'illusione di conti­nuità spaziale nelle immagini create dai retini tipografici e dalle linee degli schermi televisivi, quando sono osservate da una distanza opportuna.

Di giorno e di notte

La retina dell’occhio, dove vengono focalizzate le immagini, co­stituisce l’equivalente della pellicola fotografica nell’apparato visivo. Il nostro modo di vedere si adatta molto alle situazioni esterne, ma segue due modi fondamentali di funzionamento, detti “visione diurna” e “visione notturna”. La prima (detta anche "fotopica") è regolata da cellu­le di 6 µm di diametro chiamate,per la loro forma, “coni” (1 µm = 1 micrometro = 1 millesimo di millimetro). La retina contiene circa 6 milioni di queste cellule, concentrate soprattutto in una piccola area al cui centro è situata la fovea, dove se ne trovano 160.000 al millimetro quadrato (Figura 4).

Quando i coni vengono colpiti dalla radiazione luminosa, avviene in essi la trasformazione chimica della iodopsina, un pigmento sensibile alla luce che ha il massimo di sensibilità per le radiazioni aventi la lunghezza d’onda di 560 nm, nella regione del verde.

Questo effetto si realizza in tre modalità diverse, con un meccanismo non ancora chiarito (forse qualcosa di paragonabile ai filtri fotografici usati per la tricromia), per cui si hanno in realtà tre tipi di coni, ognuno dei quali risulta sensibile a un particolare settore dello spettro visibile (Figura 5) ed emette un impulso diverso dagli altri.

L’apparato visivo può allora analizzare i colori combinando gli impulsi emessi dai tre tipi di coni; di conseguenza, il "colore" è una sensazione le­gata alla lunghezza d'onda della luce, anche se non in modo univo­co. Nonostante queste limitazioni, possiamo distinguere fino a 10.000 tonalità di colore differenti, una capacità che costituisce un privilegio nel mondo animale; infatti, molti animali non possiedono i coni nella retina dei loro occhi e per questo motivo la loro vi­sione risulta solo in bianco e nero.

Il colore di un oggetto che viene osservato è però definito anche dal suo "contesto", sul quale l’apparato visivo opera una sorta di media pesata per stabilire il fondo di riferimento.

È così che l'occhio si adatta facilmente ad am­bienti con particolari dominanti di colore (per esempio, al­la luce giallastra delle lampadine a fila­mento, oppure alla luce verdastra delle lampade a fluorescenza); men­tre, quando si realizza una fotografia negli stessi ambienti, si devono uti­lizzare pelli­cole speciali o particolari filtri di correzione, per evitare risultati sgradevoli in cui i co­lori risultano tutti falsati.

Una quantità incredibile di terminazioni nervose raccoglie gli impulsi prodotti dai singoli coni, che confluiscono così nel nervo ottico e vengono spediti al cervello sotto forma di debolissime correnti elettriche (10-14 A per ogni fotone assorbito), con un tempo di reazione di circa 0,1 s, che costituisce il tempo di per­manenza dell'imma­gine sulla retina, ovvero l'intervallo di integra­zione tem­porale del nostro sistema visivo.

La visione notturna (detta anche "scotopica", dal greco skòtos, buio), è invece rego­lata da cellule di 2 µm di diametro dette “bastoncel­li”, che sono in­sensibili ai colori e sono praticamente assenti dalla fo­vea. La retina contiene circa 120 milioni di bastoncelli, i quali permettono di distinguere circa 20 livelli di gri­gio. Queste cellule basano il loro funzionamento sulle trasformazioni chimiche della rodopsina, una sostanza sensibile alla luce con il massimo di sensibilità alle radiazioni aventi la lunghezza d’onda di 500 nm, al confine tra verde e blu. I bastoncelli spediscono al cervello degli impulsi di gruppo, elevando così la sensibilità con un processo di in­tegrazione spaziale, a scapito però del potere risolutivo, che diminuisce fino a oltre dieci volte.

La corrente elettrica prodotta da un bastoncel­lo è cento volte superiore a quella di un cono, a parità di stimolo; perciò, a bassi livelli di luminosità la visione è mediata in pratica solo dai bastoncelli. È per questo motivo che nella penombra vediamo in bianco e nero e le stelle ci sem­brano quasi tutte bianche, quando le osserviamo a occhio nudo; mentre, al telescopio, una delle prime scoperte di ogni astrofilo è che molte stelle sono colorate.

Anche il tempo di reazione dei bastoncelli è più elevato di quello dei coni, essendo di circa 0,3 s: questo comporta una diminuzione della prontezza dei riflessi in regime notturno. I bastoncelli sono concentrati attorno alla fovea e la loro densità diminuisce gradata­mente verso la periferia della retina. La diversa distribuzione sulla retina dei coni e dei bastoncelli spiega perché la visione la­terale è favo­rita al buio, al punto da essere talvolta sfruttata come tecnica osservativa; per esempio, la cosiddetta “visione distolta”, che viene utilizzata per osservare al telescopio le deboli nebulose estese che non si manifestano allo sguardo diretto.

Le radiazioni luminose visibili dall’occhio umano si estendono dal colore rosso (corrispondente alle lunghezze d’onda maggiori) fino al colore violetto (che corrisponde alle lunghezze d’onda minori), come si può osservare in un arcobaleno. Al di là dei limiti di questo spettro si trovano le ra­diazioni ultraviolette (UV), cioè “oltre il violetto” e le radiazioni infrarosse (IR), cioè “sotto il rosso”.

Vedere i raggi UV non ci sa­rebbe utile; infatti, gli UV emessi dal Sole vengono fermati in gran parte dal­l'ozono atmosferico; inol­tre, sarebbe dannoso, poiché i raggi UV potrebbero distruggere le cellule della retina per effetto fotoelettrico sulle loro molecole; per cui il cristallino filtra gli UV residui o artificiali, per evitare danni al sistema visivo. Il cristal­lino ha un ef­fetto filtrante anche sui colori blu e sui violetti, così ridu­ce le aberrazioni cromatiche dell'occhio.

Le radiazioni IR non sono visibili dall'occhio umano, perché non hanno ener­gia suffi­ciente per eccitare le sue cellule sensibili alla luce. Questa limitazione è però un vantaggio, perché altrimenti l'occhio vedrebbe se stesso. Infatti, co­me tutti i corpi caldi, l'occhio emette delle radiazioni IR; di conseguenza la visione del mondo esterno sarebbe molto disturbata.

Alcuni ser­penti captano l'infrarosso con sensori posti vicino alle narici, mentre non hanno questa capacità i gatti, contrariamente a una cre­denza diffusa; infatti, questi animali sono in grado di vedere anche nel semibuio grazie alla notevole dilatabilità della loro pupilla, alla grande den­sità di bastoncelli nella loro retina, che produce una forte sen­sibilità ai bassi livelli di luminosità, a scapito però della percezione del colore, e infine alla presenza di una superficie speculare sul retro dell'occhio che riflette la luce sulla retina, che la riceve così due volte.

Siamo animali crepuscolari

La sensibilità spettrale dell'occhio umano è centrata sul mas­simo di emissione solare, con un picco molto stretto: questa caratteristica de­termina il contrasto delle immagini osservate e quindi garantisce la distingui­bilità degli oggetti. La sensibilità diurna (dominata dai coni) è diversa da quella notturna (dominata invece dai bastoncelli), che ha il massimo spo­stato verso le lunghezze d’onda più corte (Figura 6). Questa differenza spiega, per esempio, perché la Luna appaia più "blu" del Sole, pur avendo in pratica lo stesso colore della nostra Stella.

L'evoluzione naturale ha ben adattato il meccanismo della visione alla luce solare: infatti, la tempe­ratura di emissione del Sole (cir­ca 6000 gradi) è quella che produce la ra­diazione con la maggiore percentuale di luce visibile dagli occhi umani (quasi il 50%); per fare un confronto, una lampada da tavolo, che ha una temperatura di emissione inferiore ai 3000 gradi, produce una radiazione visibile solo per il 10% dai nostri occhi, mentre il resto è costituito da radiazioni infrarosse (vedi Tabella 1).

Tabella 1

Più importante della sensibilità assoluta, per valutare una visione distinta, è la sensibilità relativa, mostrata dalla Tabella 2. La minima variazione di luminosità percettibile si ha per le sorgenti di intensità comprese tra 100 e 50.000 candele, con un picco in corrispondenza di 5000 candele. Poiché l'intensità solare è di circa 200.000 candele, questo signi­fica che la visione migliore per l'uomo è quella crepu­scolare.

La maggior parte della visione riguarda però gli ambienti, più che le sor­genti; perciò, conviene riferirsi anche ai livelli di illuminamento, che vengono misu­rati in lux. L'occhio umano è in grado di percepire immagini con il­luminamenti dell'ordine di 0,1 lux (sotto una notte stellata) e tol­lera fino a 100.000 lux (una parete bianca investita dalla luce solare estiva.

Al di sotto dei 3 lux manca la percezione dei colori, mentre i migliori livelli di illuminamento sono dell'ordine di qualche centinaio di lux.

Tabella 2

Il tempo di esposi­zione del nostro apparato visivo è pratica­mente fisso: circa 1/10 s in condizioni ottimali e un po' di più in bassa luminosità. Si tratta del tempo di per­sistenza delle immagini sulla retina, che viene sfruttato per la creazione dell'illusione cinematografica.

La "posa" fissa dell'occhio umano è un tempo troppo lungo quando siamo in pieno sole (di qui l’utilità degli occhiali scu­ri nelle giornate molto luminose), ma è anche troppo breve per effettuare osservazioni astronomi­che di oggetti deboli, laddove si deve supplire con la ri­presa fotografica, che ha il van­taggio di poter integrare la quantità di luce proveniente da un og­getto con pose opportu­namente lunghe.

A queste caratteristiche è legata anche la sensibi­lità al movimento dell'occhio. Si tratta di una proprietà molto soggettiva; tuttavia, si può dire che in genere l'ampiezza del movimento oscilla­torio più piccolo ancora avvertibile viene valutata in 10-20", se la frequenza di oscillazione è minore di 20 Hz (venti oscillazioni al secondo).Questa sensibilità è maggiore nella visione laterale, come si può verificare osservando un monitor tele­visivo: in visione di­retta l'immagine appare conti­nua; mentre, se lo guar­diamo con "la coda dell'occhio", ne intravediamo lo sfarfallio.

Il ruolo del cervello

Una parte fondamentale nel processo visivo è svolta dal cervello. Infatti, le sensazioni visive, mentre sono trasportate dal nervo ottico verso la zona posteriore del cervello, vengono elaborate da cellule sempre più perfezionate, che analizzano tutte le qualità dell'immagine. Quindi, diverse zone del cervello sono impegnate nel processo di costruzione di un’immagine, con una specializzazione molto spinta: alcune si occupano solo dei contorni, altre del movimento, altre ancora del colore. Infine, nella corteccia visiva occipitale, tutte queste informazioni vengano unificate, in un modo non ancora chiarito, per arrivare alla coscienza come un’immagine definitiva.

Forse, solo grazie a calcolatori elettronici sempre più veloci e potenti, in grado di analizzare im­magini tradotte in sequenze numeriche e poi visualizzate sui monitor, ci si potrà avvicinare a una simulazione completa del meccanismo della visione. Ma la strada da percorrere è ancora lunga. Basta considerare che, in totale, l'immagine vista da un occhio equivale a circa 10 milioni di pixel, distribuiti su un campo visivo che copre un angolo solido di circa 4p/5 steradianti (corrispondenti a un’ampiezza di circa 72°).

Supponendo di classi­ficare questi pixel in 20 livelli di grigio (tralasciamo per semplicità il colore) e tenendo conto che l'immagine viene elaborata in un decimo di secondo, si ottiene che il cervello riesce a compiere circa 2 mi­liardi di riconoscimenti al secondo per ognuno dei due occhi, combinando insieme il risultato in un’immagine tridimensionale. Per uno strumento che pesa solo 1,5 kg e che consuma energia meno di una lampadina da 100 W non è poco, soprattutto perché nel frattempo esegue una quantità di altre operazioni (gestisce gli altri sensi, il funzionamento di base del corpo, i movimentiecc.).

Queste funzioni cerebrali completano il lavoro compiuto dagli occhi e suppliscono a numerose mancanze dei nostri strumenti d’osservazione. Per esempio, l'adattabilità alla luce non è determinata solo dalla pupilla, le cui modificazioni non bastano per rendere ragione della grande "latitudine di posa" dell'occhio umano, nonostante consentano di variare la quantità di luce che entra nell’occhio di oltre 25 volte.In effetti, l'adattamento dell'occhio umano all'oscurità, un processo molto importante per l’osservazione astronomica, avviene in tre fasi:

• la prima, che avviene in pochi secondi, è dovuta alla dilata­zione della pupilla, ma produce un vantaggio trascurabile;
• la seconda, più lenta, porta ad un adattamento quasi com­pleto, con un processo di aumento della sensibilità che av­viene nella retina (come quando in una macchina fotografica si sostituisce la pel­licola con una più sensi­bile). Questo processo richiede qualche minuto per i coni, che au­mentano la sensibilità di 100 volte, mentre richiede circa un'ora per i bastoncelli, che però aumentano la sensibilità di quasi un mi­lione di volte.Per eseguire l'osservazione di atlanti o libri durante le osserva­zioni astronomiche, bisogna usare una luce rossa molto debo­le, che non interrompe il processo di adattamento, dato che i bastoncelli sono poco sensibili a questo colore.
• La terza fase permette di raggiungere il massimo dell'ef­ficienza, e avviene per intervento dei circuiti cerebrali che inter­pretano l'immagine; è un processo più complesso che richiede un tempo ancora più lungo, e viene attivato con esperienze ripetute, come ben sanno gli osservatori esperti di oggetti deboli. Grazie a questi processi di adattamento, la sensibilità alla luce dell’occhio umano può accrescersi fino a 8000 volte.

La magnitudine stellare limite raggiungibile dall'occhio umano è circa la sesta, ma ci sono te­stimonianze di limiti superiori (Figure 7 e 8). In tali condizioni di osservazione, giungono all’occhio circa 1000 fotoni al secondo; tuttavia, è capitato di registrare a occhio nudo luminosità equiva­lenti a 100 fotoni al secondo, tramite la visione laterale.

Quando la stella scompare

Un altro esempio della complessità del sistema visivo umano è dato dal meccanismo di mobilità dell'occhio: esso si muove in continua­zione intorno alla linea di vista, e si ha così l'effetto "grandangolo" dell'immagine; oppure si concen­tra nel punto centrale, dove la sensibilità è massima, e si ha così l'effetto di "teleobiettivo".

Talvolta, può sembrare più "reale" una fotografia di un paesaggio eseguita con un obiettivo piuttosto che con un altro, dipendentemente dalla memoria che noi ser­biamo dell'immagine che è stata fotogra­fata.

Grazie alla mobilità dell'occhio, un processo del tutto automatico che arriva a compiere decine di piccolissime oscillazioni al secondo attorno alla linea di vista, viene aumentato il numero di recettori interes­sati alla stessa immagine proiettata sulla retina.

I continui movimenti dell'occhio sono accompagnati anche da conti­nui aggiustamenti della messa a fuoco, per cui le immagini osservate sembrano a fuoco contemporaneamente in tutti i piani di cui sono co­stituite, a differenza di quello che succede in una fotografia, dove la scelta della messa a fuoco condiziona fortemente l’immagine risultante. Di conseguenza, è come se l'occhio avesse una profondità di campo pra­ticamente infinita.

Quando i movimenti oculari sono impediti, possono avvenire delle illusioni ottiche, come la scomparsa apparente di un'immagine che viene osservata a lungo; per esempio, la stella di guida nel reticolo di un oculare di puntamento. Questo effetto è dovuto alla saturazione dei recettori luminosi.

Possono av­venire anche delle saturazio­ni parziali, come quelle che si hanno quando si osserva a lungo un oggetto di colore intenso e uniforme: se poi si sposta lo sguardo su uno sfondo neutro, sembra di vedere an­cora l'oggetto, di un colore complementare a quello vero. Il motivo è che i recettori relativi al colore vero si sono "consumati"; di conseguenza, agiscono solo gli altri, producendo una dominante di colore. Il tempo di “ricarica” dei recettori saturati può durare parecchi secon­di, durante i quali il "miraggio" lentamente svanisce.

L'intervento del cervello per la definizione e il ricono­scimento delle immagini non è sempre gradito, poiché spesso si riceve l'impressione di essere ingannati. Siamo abituati a considerare l'occhio come uno strumento oggettivo di let­tura delle immagini, riteniamo che la sua funzione sia univoca e che la sua facoltà di tradurre le immagini in significati sia la più co­erente possibile. Inrealtà, la mente tende costantemente a confe­rire alla realtà un significato, selezionando fra tutti gli stimoli quelli che si compongono nell’immagine più facile da leggere, più simile a significati noti, più prevedibile. La scelta della nostra mente è pura­mente utilitari­stica, fortemente condizionata dalla nostra educazione visiva.

Questa tendenza comporta che le immagini particolari che l'occhio e la mente selezionano finiscono per escludere tutte le altre im­magini possibili; così, la nostra esperienza visiva si impoverisce, e corriamo il pericolo di cadere in vere e proprie trappole, ogni volta che l’immagine visiva si presenta con una certa dose di ambiguità. Infatti, è proprio l’ambiguità che il nostro occhio tende a ri­fiutare, a favore di un costante privilegio dell'uniformità. Forse, questo problema non esisterebbe, se l'occhio non fosse così prevenuto nei confronti della realtà, se non andasse sempre a cercare la regola, piuttosto che accettare l'eccezione.

Scriveva il famoso astronomo G.V. Schiaparelli al collega teramese V. Cerulli nel 1907: "... circa la fallacia dell'occhio umano siamo interamente d'accordo. Già Galileo ha dovuto convincersene, quando scoperse che la neb­bietta del Presepe nel Can­cro appare nel telescopio essere una cosa ben diversa! L'occhio ha il brutto difetto di so­stituire alle immagini reali delle cose, delle immagini fal­se, e quel che è peggio, dà a chi se ne serve la piena con­vinzione d'aver veduto bene ... ".

Ora sappiamo che non è l'occhio ad eseguire queste sostituzioni, ma il cer­vello, il quale cerca di interpretare le immagini che gli giungono tramite dei particolari modelli di riferimento. Per esempio, l’apparato visivo tende sempre a trovare allineamenti in sequenze ca­suali di punti, un fenomeno che è alla base della definizione delle costellazioni e che ha generato l'equivoco dei canali di Marte, proprio in seguito alle osservazioni dello Schia­parelli.

Questo meccanismo non deve però essere incolpato, poiché èrisultato da un processo di adattamento e può quindi essere "educato". Per esempio, nell'osservazione dei pianeti con strumenti a­matoriali si possono valutare gli ef­fetti di un processo educativo. I pianeti svelano poco all'osservatore occasionale: uno sguardo di pochi secondi non serve quasi a niente (ed è spesso causa di incomprensioni tra i neofiti e gli osservatori esperti...). Infatti, an­che in as­senza di turbolenze atmosferiche (quindi con un buon seeing) i particolari più minuti vengono intravisti solo per fuggevoli attimi.

Fortunatamente, con un po' di e­sperienza, il sistema occhio-cervello riesce a sintetizzare con un processo automatico le informazioni frammentarie e approssimate che si accumulano nel corso dell'osservazione, per formare un'immagine compiuta e rispondente al vero.

Dalla nascita alla vecchiaia

Nonostante le eccezionali capacità che manifesta, l'apparato visivo umano non è uno strumento perfetto: i principali difetti si celano nel suo “har­dware” (gli occhi), e questi difetti in genere aumentano con l'età, men­tre il “software” (cioè i sistemi di interpretazione delle immagini contenuti nel cervello) cerca di correggerli come può, ma con len­tezza sempre maggiore, man mano che l'età procede.

Gli scienziati americani D.H. Hubel e T. Wiesel hanno scoperto che la capacità delle cellule cerebrali di in­terpretare il codice degli impulsi provenienti dalla retina si sviluppa immediatamente dopo la nascita, a condizione però che l'occhio sia esposto sin dai primi giorni a stimoli visivi.

L’apparato visivo umano è quindi già predisposto fin dalla nascita, ma impiega diversi mesi per mettersi a funzionare adeguatamente, segno della necessità di un adattamento complesso che si esercita con una lunga esperienza. Per esempio, solo dal quarto mese in poi il bambino riesce a vedere i colori; prima quelli rossi, poi i blu e quindi tutti gli altri. Comunque, è ne­cessario intervenire il più precocemente pos­sibile sugli eventuali di­fetti visivi del bambino, nei primi mesi di vita, per evitare il consoli­darsi di patologie non più cor­reggibili.

Le Figure 9 e 10rappresentano alcuni parametri che possono servire per quantificare l'invecchiamento dell'occhio: uno di questi è il diametro massimo che riesce a raggiungere la pupilla. La diminuzione di questo valore con l'età è relativamente più sensi­bile per la visione crepuscolare; pertanto, le persone an­ziane avvertono particolari difficoltà di vi­sta nelle ore notturne, che possono costituire un problema per l’osservazione astronomica.

Anche il potere di accomodazione visivo si riduce con l'età, a misura dell'irrigidimento del cristallino e dei piccoli muscoli che lo governano.

Già a 40 anni il potere di accomodazione è ridotto a poco più di 4 diottrie. Ciò significa che a questa età non si possono focalizzare oggetti più vicini di circa 25 cm.

In genere, le difficoltà sempre maggiori di accomodazione richiedono intorno all’età di 50 anni l'uso di lenti addizionali per ottenere la fo­calizzazione da vicino.

LE ABERRAZIONI DELL’OCCHIO

Come tutti gli strumenti ottici dotati di lenti, anche l'occhio è affetto da aber­razioni cromatiche e sferiche.

L'aberrazione cromatica consiste nella diversità dei pia­ni di fo­calizzazione delle diverse radiazioni luminose. Il processo di acco­modazione porta a focalizzare sulla retina le radiazioni giallo-verdi, cui l'occhio è più sensibile. Le altre radiazioni sono pertanto penaliz­zate, per cui l'occhio diventa pro­gressivamente miope al diminuire della lunghezza d'onda del­la radiazione.

Questo fenomeno fa sì che tal­volta dei detta­gli colorati con forte contrasto risultino "in ri­lievo" in un’immagine piana. I­noltre, lo spostamento verso il blu del picco di sensibi­lità a bassi livelli di luminosità contribuisce ad aumentare la mio­pia dell'occhio in ambienti bui.

L'aberrazione sferica consiste nella difficoltà di foca­lizzazione delle radiazioni luminose laterali. Questa aber­razione, che si manifesta in misura maggiore quando la pupilla è alla sua apertura massima, viene cor­retta dalla curvatura della cor­nea (analogamente a quanto si rea­lizza nei telescopi con la lente correttrice di Schmidt) e dalla particolare configurazione dell'indice di rifrazione del cristallino, che è più elevato nel centro rispetto alla periferia della lente (con un valore medio di 1,437).

Entrambe le aberrazioni subiscono un ultimo intervento correttivo al livello della percezione nervosa, cioè mediante l’intervento dei processi interpretativi delle immagini che agiscono nella corteccia visiva del cervello.

IL PUNTO CIECO

In corrispondenza del punto di attacco del nervo ottico, sulla retina si trova il cosiddetto “punto cieco”, una zona in cui la visione non è possibile. Questo “punto”, che ha un’estensione non trascurabile, si trova pochi millimetri a sinistra della fovea nell'occhio destro e pochi millimetri a destra della fo­vea nell'occhio sinistro.

Il punto cieco può essere indivi­duato nei propri occhi con un semplice esperimento, cioè fissan­do la croce disegnata al centro della Figura qui sotto, e modificando la distanza tra gli occhi e il foglio finché scompare dalla vi­sta uno dei pallini disegnati a fianco della croce.

Se si esegue l’esperienza con l’occhio destro, sparirà il pallino a destra della croce (ricordiamo che sulla retina le immagini si formano ribaltate sia in verticale che in orizzontale; quindi, il punto cieco, che è situato a sinistra si manifesta a destra). Se, invece, si osserva la croce con l’occhio sinistro, sparirà il pallino a sinistra. Se, infine, si osserva con entrambi gli occhi, non avverrà alcuna sparizione, perché ogni occhio compensa le mancanze dell’altro.

	+

Avvertenza: Tutte le informazioni riportate nelle recensioni riflettono unicamente le mie impressioni personali e si basano unicamente sull'analisi degli esemplari dei quali sono venuto in possesso, per questo motivo non posso garantire che i miei dati possano rappresentare con certezza lo standard di qualità fornito dai produttori.