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STEREOPSI

STEREOPSI

25-07-2011 - scritto da siravoduilio

Il sistema visivo trasforma gli stimoli luminosi transitori che vanno a cadere sulla retina nella rappresentazione mentale stabile di un mondo a tre dimensioni.

Alla base di tutto ciò sta un lavoro complesso di raccoglimento, integrazione, e coordinazione degli stimoli ricevuti.


anatomofisiologia

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La stereopsi è una delle funzioni più complesse del sistema visivo e riconosce la sua sede anatomica nella corteccia [/LEFT]


FIG.1: Ultrastruttura della retina



FIG2 Vie magno- e parvocellulari striata e a livelli ancora più elevati, dove vengono combinati i segnali provenienti dai due occhi.
Per elaborare il senso della profondità sono necessari stimoli di varia natura provenienti da entrambi gli occhi e dalle vie parvocellulari e magnocellulari.
L'origine degli stimoli si ha a livello retinico (Fig. 1) e da lì essi vengono trasmessi fino al corpo genicolato laterale (CGL) in maniera distinta: le cellule gangliari grandi attraverso le vie magnocellulari proiettano alla I e II lamina, mentre le cellule gangliari piccole (vie parvocellulari) alle restanti quattro lamine e agli strati interlaminari. Questa distinzione è importante anche dal punto di vista funzionale: infatti il sistema magnocellulare (SM) è responsabile dell'analisi del movimento e delle relazioni spaziali fra gli oggetti, mentre il sistema parvicellulare (SP) sottostà all'analisi delle forme e dei colori. Entrambi questi sistemi collaborano alla costruzione del senso di profondità o stereopsi.
Dalle prime due lamine del CGL partono dei neuroni che portano le informazioni agli strati IVCa, IVB e alla parte inferiore del VI strato della V1 (area 17 di Brodmann, Fig. 2). I neuroni che prendono origine dalle quattro lamine rimanenti del CGL arrivano agli strati IVCb, IVA, nelle zone interblob degli strati II e III di V1 e con un contributo modesto alla parte superiore del VI strato di V1 (sistema parvicellulare interblob-SPIB), mentre dagli strati interlaminari del CGL i neuroni del sistema parvicellulare blob (SPB) innervano aggregati cellulari a forma di cilindro, i cosiddetti blob, a livello del II e III strato di V1.
L'organizzazione funzionale della corteccia visiva si basa su due sistemi di connessione: verticale ed orizzontale, che si intersecano orizzontalmente e che possono integrare informazioni che interessano la corteccia per un'estensione di diversi mm. Bisogna sottolineare che i diversi strati della corteccia visiva primaria sono interconnessi fra loro, oltre che alle altre sedi corticali e non.
La corteccia cerebrale contiene due classi fondamentali di neuroni:
1. le cellule piramidali: grandi, con lunghi dendriti provvisti di spine. Sono neuroni di proiezione i cui assoni terminano in altre regioni cerebrali.
2. le cellule non piramidali: piccole, di forma stellata, con dendriti provvisti, o non, di spine (cellule stellate spinose e lisce). Sono interneuroni locali i cui assoni non escono dalla corteccia visiva primaria.
Sia le cellule piramidali che le cellule stellate spinose sono eccitatorie, mentre le cellule stellate lisce sono inibitorie. Le cellule stellate spinose del IV strato ricevono informazioni dal CGL e si occupano della loro distribuzione, proiettandole al IVCb, al II e al III strato.
Le cellule del II e III strato a loro volta proiettano alle cellule piramidali del V strato (dove si ha l'integrazione dell'attività degli strati sopra e sottostanti), i cui assoni comunicano attraverso i propri collaterali con le cellule piramidali del IV strato. Queste ultime eccitano le cellule stellate lisce inibitorie che modulano l'attività del IV strato.
Le interconnessioni della corteccia visiva primaria che si hanno dopo l'input dei SP e SM sono molto complesse; esse mantengono questi sistemi distinti l'uno dall'altro, ma permettono le dovute interazioni integrative.
Le informazioni MC ricevute dallo strato IVCa vengono trasmesse allo strato VA (integrativo) e allo strato IVB (anche questo magnocellulare) che riceve a sua volta anche le informazioni MC provenienti dallo strato VIB.
Le informazioni del SPIB, dopo aver raggiunto lo strato IVA, si collegano con connessioni interne alle porzioni interblob del II e III strato (anche queste PIB), mentre lo strato PIB IVCb si connette al centro integrativo VA che in questo modo riceve informazioni da due sistemi diversi. A sua volta lo strato VA è connesso agli strati II e III che, oltre alle informazioni interblob, ricevono anche le informazioni blob. In pratica si hanno interconnessioni delle informazioni ricevute dagli strati sopra-, sotto- e agranulari.

Per quanto riguarda le connessioni dell'area V1 con le altre aree visive, si è visto che gli strati sopragranulari (rispetto IV strato) si occupano delle connessioni cortico-corticali. Il III strato è prevalentemente efferente, mentre il II prevalentemente afferente. Alcune cellule dello strato IVB fanno sinapsi con neuroni dell'area visiva V5 o MT.
Lo strato granulare riceve informazioni sottocorticali. Le fibre che partono o arrivano in questi strati, attraversano il corpo calloso e danno connessioni con aree corticali corrispondenti dell'altro emisfero cerebrale. Infine lo strato infragranulare, attraverso delle fibre efferenti si collega a strutture diverse della corteccia come il collicolo superiore, il ponte ed il pulvinar. Il VI strato invece presenta connessioni con il C.G.L. ed il claustro. Il Pulvinar ed il claustro sono i centri verosimilmente correlati con l'attenzione visiva.
Parlando dei diversi sistemi distinti in precedenza, si può dire che le vie magnocellulari, dalla corteccia visiva primaria continuano nelle strisce spesse di V2, poi nell'area V3, nell'area V5 o MT (connessa con l'analisi del movimento e del senso della profondità) ed infine all'area MST (medio temporale-superiore) e ad altre aree della corteccia parietale (importanti per l'analisi dei rapporti visuo-spaziali fra gli oggetti). Il SPIB, dopo le sinapsi in V1 passa attraverso le strisce pallide di V2, poi nell'area V4 (importante per la distinzione dei colori e l'orientamento spaziale) per arrivare nella corteccia infero-temporale. Infine fanno parte del SPB le strisce sottili di V2, le aree V4 e la corteccia infero temporale (già nominata a proposito del SPIB) che rispondono al colore. Le interconnessioni di queste vie si hanno a livello di V4 e V5. L'importanza della descrizione di questi sistemi sta nel fatto che essi collaborano alla costruzione della stereopsi. Questi sistemi sono importanti per la percezione degli oggetti, delle loro forme e contorni, dei colori, dei movimenti e della loro distanza dal corpo; componenti questi che stanno alla base sia degli elementi monoculari di valutazione della profondità di campo che dell'elemento binoculare - la disparità retinica.

La corteccia visiva primaria ha tre funzioni principali:
· la decomposizione del mondo visivo in brevi segmenti lineari di orientamento diversi (discriminazioni in forme). Ciò corrisponde anatomicamente a gruppi di colonne adiacenti che hanno uno spostamento ordinato dell'asse di orientamento di circa 10 ° tra due colonne vicine; (Fig.4)
· la separazione delle informazioni concernenti il colore da quelle riguardanti le forme ed il movimento;
· la combinazione delle afferente dei due occhi come primo passaggio di una serie di trasformazioni necessarie per la percezione della profondità. Anatomicamente ciò corrisponde a colonne a disposizione alternata che riguardano le immagini provenienti dall'OD o dall'OS (colonne di dominanza oculare) importanti per le interazioni binoculari.
Queste tre unità funzionali comunicano una con l'altra per mezzo di connessioni orizzontali che si stabiliscono fra cellule dello stesso strato.
Hubel e Wiesel definirono l'ipercolonna come un intero gruppo di colonne dedicato all'analisi di linee aventi ogni possibile orientamento e provenienti da singole zone del campo visivo di entrambi gli occhi. Sono stati messi in evidenza neuroni che rispondono in maniera selettiva alla disparità orizzontale delle afferenze dei due occhi in V1, strisce spesse di V2 e in MT. Gian Poggio scoprì che il 70% delle cellule semplici e complesse di V1, V2 e V3 nella scimmia sveglia, rispondono alla disparità binoculare. Alcuni neuroni sono sensibili agli stimoli che sono più vicini del piano di fissazione, mentre altri lo sono a stimoli più lontani.
Per la percezione della stereopsi è importante l'integrità di entrambe le vie. Si è visto che la visione stereoscopica scompare in condizioni di equiluminanza (condizioni in cui il contributo del sistema magnocellulare viene meno), mentre Schiller ha osservato che per la percezione della stereopsi sono importanti anche entrambi i sistemi parvocellulari.
Il senso stereoscopico non dipende soltanto dalla visione binoculare (in cui i fattori principali, almeno per gli oggetti posti a distanza ravvicinata, sono rappresentati dalla convergenza e dall'accomodazione); ne è la prova il fatto che anche soggetti monoculari possono avere il senso della profondità (stereopsi secondaria, che agisce da sola anche nei soggetti binoculari quando si fissano oggetti ad una distanza superiore ai 30 metri, dato che a tale distanza si assume che i raggi luminosi siano pressocchè paralleli). In tal caso, molteplici sono gli elementi monoculari empirici che giocano un ruolo nel concorrere alla formulazione del giudizio della distanza relativa degli oggetti:

· Il movimento parallattico:
la velocità di spostamento di un oggetto vicino sembra maggiore di quella di uno lontano;

· La prospettiva lineare:
un oggetto di grandezza costante sottende angoli progressivamente minori man mano che ci si allontana. L'esempio più classico è quello di due linee rette parallele che sembra tendino a convergere con la distanza: tanto maggiore è la convergenza, tanto maggiore è la distanza degli oggetti nella regione della convergenza stessa;
· La sovrapposizione dei contorni:
un oggetto che interrompa i contorni di un altro viene percepito dall'apparato visivo come anteposto all'altro;
· La distribuzione delle luci e delle ombre:
il chiaro-scuro genera una impressione del rilievo e quindi di profondità relativa;
· La familiarità con gli oggetti noti:
la distanza fra due oggetti di dimensioni note viene giudicata in base alla loro grandezza apparente;
· La prospettiva aerea:
è stato dimostrato che l'atmosfera influenza il contrasto ed il colore degli oggetti situati più lontano.










Prospettiva lineare







Sovrapposizione dei contorni














Nel 1838 il fisico Charles Wheatstone inventò lo stereoscopio; in questo modo si scoprì l'esistenza della visione tridimensionale. Lui prese due fotografie di una scena scattate dal punto di osservazione di ciascuno dei due occhi e le montò su un supporto binoculare in modo tale che l'occhio destro vedesse soltanto l'immagine presa da una delle due posizioni e l'occhio sinistro solo l'altra immagine. Si ottenne la sensazione di una immagine tridimensionale.
Da allora furono costruiti molti strumenti al fine di valutare la presenza o meno della stereopsi e la sua percentuale. L'esame della profondità rientra in una serie di esami atti a valutare la presenza della visione binoculare.
La visione binoculare normale deriva dallo svolgersi successivo di tre momenti essenziali:
· grado I di Worth: la percezione simultanea;
· grado II di Worth: la fusione;
· grado III di Worth: la visione stereoscopica.
La semeiologia della visione binoculare è rivolta all'analisi dei vari elementi di supporto: morfologia e potere diottrico dei globi oculari, campo visivo binoculare, corrispondenza retinica, motilità oculare estrinseca: essa richiede l'impiego di numerosi strumenti e l'applicazione di varie metodiche in gran parte fondate sull'integrazione allo stereoscopio di figure idonee. I modelli di stereoscopio più adatti per questi fini sono i cosiddetti sinottofori o amblioscopi successivamente perfezionati. Si tratta di stereoscopi con le seguenti caratteristiche: presenza di lenti convesse nei due tubi mobili onde consentire l'osservazione delle mire senza intervento dell'accomodazione; possibilità di presentazione separata ad ogni occhio di una mira; mobilità delle mire nelle varie direzioni tale da permettere la loro interposizione negli assi visivi qualunque sia l'angolo fra di essi; disponibilità di varie coppie di mire opportunamente disegnate.



Fig. 3: Stereogrammi con disparità omonima e crociata
Esame con immagini stereoscopiche.
Ad ogni occhio si presentano immagini in grado di essere fuse e di dare percezioni stereoscopiche, grazie alla loro disparità. Questo si può fare al sinottoforo, allo stereoscopio o con la luce polarizzata nell'ambiente. Con il sinottoforo si valuta la visione stereoscopica mediante coppie di figure uguali ma dislocate in modo diverso che vengono fuse come figura unica con aspetto a rilievo (Fig. 3). Le mire più largamente adoperate presentano un contorno di sfondo, che viene fuso in corrispondenza retinica, contenenti al loro interno 2 oggetti uguali presentati in disparità omonima o crociata. Quando sovrapposte dette figure sono una rispetto all'altra più o meno decentrate sul piano orizzontale; il decentramento può variare da 0,50 a 20 mm. La disparità fa in modo che esse non cadano più sulla linea dell'oroptero, ma rimangano comprese nell'area di Panum determinando così la sensazione della terza dimensione. Entro certi limiti la disparità del rilievo è tanto più facile quanto più la disparità è elevata.
Lang Stereotest 1.
Lang ha costruito una tavola nella quale le immagini sono situate dietro una fitta serie di piccoli cilindri trasparenti che funzionano a guisa di doppi prismi affrontati per la base in modo da deviare verso il corrispettivo occhio la parte della figura ad esso destinata. Questo test, destinato a facilitare l'esame del senso stereoscopico nei bambini, è fondato su due principi: i random dots e il reticolo di lenti cilindriche parallele. In visione monoculare questi stereogrammi non rivelano alcun contorno mentre in visione binoculare le aree che producono una disparità orizzontale vengono viste in rilievo. In considerazione del fatto che il test viene eseguito il più delle volte nei bambini, sono state scelte delle forme di oggetti che sono abitualmente ben note fin dalla più tenera età. I tre oggetti (un gatto, una stella e un'automobile) sono visti su piani differenti: il gatto appare più vicino all'osservatore e l'automobile più lontana. I bambini di solito superano il test più facilmente degli adulti nei quali una presbiopia iniziale, con insufficienza di convergenza, può provocare delle difficoltà. (Fig. 4)








Fig. 4: Lang test 1Fig. 5: Lang test 2
Lang Stereotest 2.
Lo stereotest 2 di Lang rappresenta uno sviluppo ed un completamento del precedente stereotest 1 (gatto, automobile, stella). Anche questo test si fonda sugli stessi principi ottici per l'esame della visione binoculare. Vengono presentate tre immagini (elefante, auto e quarto di luna) visibili solo in visione binoculare ed una stella che può essere percepita anche in visione monoculare ma che appare in rilievo se l'osservatore utilizza la visione binoculare normale. Molti oftalmologi ed ortottiste che usano lo stereotest 1 di Lang desiderano avere a disposizione un altro test, fondato sullo stesso principio, per evitare i problemi derivanti dalla memorizzazione delle figure. La stella visibile in visione monoculare serve ad attirare l'attenzione dei pazienti più piccoli ma procura altresì la soddisfazione di riconoscere almeno una figura anche ai soggetti che non hanno una visione stereoscopica.

Nel test di Frisby le figure per i due occhi sono rese disparate dal fatto che una parte è incollata sulla faccia anteriore e l'altra sulla faccia posteriore di lastre di vetro di spessore predeterminato.

La prova della coincidenza orienta molto rapidamente sul grado di visione stereoscopica utile esistente nella pratica. Il paziente maneggia una matita con la parte ottusa verso il basso e cerca di sovrapporla alla matita che ha in mano l'esaminatore, con la parte ottusa verso l'alto. Con questo test la precisione del risultato viene valutata nella visione binoculare e monoculare.

Il fenomeno di Pulfrich si ha quando uno dei due occhi viene coperto con un vetro scuro mentre si fa osservare al paziente un pendolo in movimento. Nella visione binoculare si produce una visione stereoscopica: il pendolo sembra muoversi in circolo. Questo fenomeno è prodotto dall'oscuramento della percezione visiva di un occhio.

Ha grande diffusione il test di Titmus, basato sulla polarizzazione. Con gli occhiali di polarizzazione (Fig. 6) (un vetro verde ed un vetro rosso) una mosca (la prima prova) appare tridimensionale e perfino i bambini piccoli cercano di afferrarla alcuni centimetri al di sopra della figura (Fig. 7). Le altre due prove consentono di stimare il livello della visione stereoscopica in percentuale.








Fig 6: Occhiali da polarizzazioneFig. 7: Titmus test
Un altro test è il TNO test for stereoscopic vision che risponde molto bene allo scopo, anche se richiede una maggiore collaborazione da parte del paziente. Alcune figure sono più difficili da identificare e anche con questo test si può misurare il grado di stereopsi in percentuale.

Esistono degli stereoscopi utili, non solo per la diagnosi di mancata stereopsi, ma anche per la terapia nei casi di strabismo. Essi vengono distinti in stereoscopi a prismi fissi e a prismi variabili.
Gli stereoscopi semplici di Holmese di Brewster sono costituiti da un poggiafronte munito di oculari, da un setto sagittale, da un'asta di sostegno sulla quale scorre il portafigure. Nello stereoscopio di Holmes le figure vengono allontanate o avvicinate rispetto all'osservatore e l'equilibrio fra accomodazione e convergenza viene ad essere dissociato. Nello stereoscopio semplice di Brewster si possono ottenere anche variazioni delle vergenze con accomodazione fissa variando il grado di separazione nelle due figure. Attualmente vengono utilizzati quasi esclusivamente a domicilio a scopi terapeutici; ad esempio per eliminare fatti di soppressione od ottenere una dissociazione dell'accomodazione dalla convergenza ed aumentare l'ampiezza fusionale orizzontale. Le maggiori indicazioni sono quelle dell'eteroforia sintomatica e dell'insufficienza di convergenza. Altri stereoscopi a prismi fissi sono lo stereoscopio di Keystone, il telebinoculare di Keystone, lo stereoscopio a disegno di Whittington (Fig. 9), lo stereoscopio cinetico di Maddox (che permette l'esecuzione di esercizi di fusione secondo movimenti in senso meridiano oppure in senso rotatorio) e lo stereodisparatore di Renshaw.








Fig.8: Lo stereoscopio sempliceFig. 9: Lo stereoscopio a disegno di Whittingtone di HolmesFig. 10 Lo stereoscopio di Cruise
Gli stereoscopi a prismi variabili sono due: quello a doppi prismi rotanti, e quello di Cruise (Fig. 10). Il primo serve per combattere la soppressione, ma soprattutto per esercitare la fusione, la convergenza e la divergenza relative. Rispetto allo stereoscopio semplice, consente gli adattamenti all'angolo di deviazione anche se con componente verticale. Non permette il trattamento di casi con corrispondenza retinica anomala.

Lo studio della stereopsi risulta di fondamentale importanza nei bambini ed in particolar modo in quelli strabici dove oltre che per la diagnosi, può avere una sua utilità sia per la valutazione prognostica che per la terapia dei casi più lievi.
In alcuni casi di ambliopia la sensazione della profondità non si sviluppa, mentre una stereopsi binoculare utile si può rilevare anche nello strabismo manifesto con corrispondenza retinica anomala, nella quale però la visione stereoscopica non va oltre i 60 sec.
Negli adulti con ridotta acuità visiva, il test per la stereopsi consente di effettuare diagnosi differenziale fra una ambliopia di lunga data oppure una perdita recente del visus causata da un danno a carico dell'apparato visivo. Talora un risultato alterato del test può essere riscontrato in pazienti affetti da cataratta monolaterale; in tal caso sarà necessario effettuare il prima possibile un intervento chirurgico.


MICROSTRABISMO

E' un tipo di strabismo di piccolissima entità (< 5°) e quindi difficilmente apprezzabile esteticamente anche nel corso di una visita ortottica. Tuttavia gli adattamenti sensoriali che ne conseguono (corrispondenza retinica anomala, ambliopia e fissazione eccentrica) se rilevati in tempo fanno porre una diagnosi precisa. Questa forma è la più difficile fra gli strabismi per la diagnosi ma soprattutto per la terapia che quasi mai riesce a restituire una visione binoculare normale. Questo perché con un piccolo angolo di deviazione i meccanismi di compenso che si instaurano a livello retinico sono più radicati; di solito, infatti, il soggetto con microstrabismo ha una fissazione eccentrica, non con la fovea dell'occhio deviato ma in un punto molto vicino a questa. In genere il visus decresce con l'aumentare della distanza dalla fovea e paradossalmente il fatto che la fissazione eccentrica avvenga con un punto prossimo alla sede della visione distinta, rende molto più difficile sradicarla.
Il più delle volte anche le classiche terapie anti-ambliopiche attraverso l'occlusione dell'occhio dominante sono destinate a fallire per la presenza nell'occhio deviato del punto di fissazione eccentrico (che in pratica diventa una nuova fovea) e una zona di scotoma nel punto che anatomicamente corrisponde alla fovea.
Il microstrabismo presente sin dai primi mesi e forse anche congenito, può divenire evidente intorno ai 3-4 anni come strabismo a grande angolo.
In alcune forme di microstrabismo la stereopsi è molto prossima a quella normale ma non è mai presente con lo stereotest di Lang.


Un caro saluto
Prof.Duilio Siravo
siravo@supereva.it
http://drsiravoduilio.beepworld.it
Cell.:3385710585
PROF.DOTT. DUILIO SIRAVO
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