Visione stereoscopica

L'apparato visivo è dotato di grande adattabilità; non vi sono infatti funzioni visive assolutamente rigide. La visione binoculare consente, in condizione di normalità, di focalizzare l'immagine retinica a livello della fovea, regione più nobile della retina, dotata della massima acuità grazie all'elevata concentrazione dei coni (elementi fotorecettoriali deputati alla visione diurna, alla migliore discriminazione dei colori e delle dimensioni dell'immagine). Un punto-oggetto fissato dai due occhi viene visto singolo anche se sulla retina di ogni occhio si forma un'immagine separata; un punto-oggetto posto a destra del campo visivo binoculare, che forma la sua immagine sulla parte nasale della retina dell'occhio destro e su quella temporale dell'occhio sinistro, viene percepito come singolo e localizzato a destra del campo visivo. Ogni elemento retinico, stimolato dall'immagine di un oggetto, ha un definito valore spaziale (segno locale) per cui una impressione visiva oltre a determinare luce e colore ha una sua localizzazione in una determinata direzione nello spazio visivo (legge dell'identica direzione visiva di Hering). L'immagine di un oggetto che si forma nei due occhi viene percepita come unica in quanto in ogni occhio a livello retinico esiste un punto che ha la stesso valore spaziale di un altro punto situato nella retina dell'occhio controlaterale. Questi elementi retinici, non simmetrici dal punto di vista anatomico, ma "accoppiati" per comune direzione visiva (e quindi per percezione spaziale) vengono definiti PUNTI RETINICI CORRISPONDENTI e stanno alla base del meccanismo della fusione. (Fig.1A)

Fig.1: fusione (A) e confusione (B)

Quest'ultima consta della:
- fusione sensoriale: processo cerebrale psicologico che consente l'unificazione delle due immagini simili di un oggetto fissato che si formano a livello dei punti retinici corrispondenti. A tale riguardo sembra che esista proprio un centro della fusione a livello corticale deputato a tale funzione.
- fusione motoria: che contribuisce a mantenere a livello foveale le due immagini per mezzo dell'allineamento degli assi oculari (azione della muscolatura estrinseca).
Il riscontro di alcuni casi di esotropia alternante nei quali la fusione risultava impossibilitata nonostante il riposizionamento del perfetto parallelismo degli assi visivi tramite intervento chirurgico, ha suggerito che il centro della fusione in questi casi fosse congenitamente assente; inoltre l'insorgenza di esotropie improvvise dopo episodi di importante ipertermia in bambini sino a quel momento affetti da strabismo latente e ben compensato, ha suggerito che tale centro corticale fino ad allora capace di mantenere la situazione a livello subclinico fosse stato messo "fuori uso" dall'ipertermia, attribuendo quindi al centro stesso una particolare suscettibilità alla temperatura.
L'eventuale eccitazione simultanea di elementi retinici non corrispondenti o disparati, originati da un unico stimolo, dà luogo a direzioni visive soggettive incongrue e quindi a diplopia; così allo stesso modo, la presentazione ai punti retinici corrispondenti di immagini fra loro diverse per luminosità, dimensioni, contorni, colore (come si verifica ad esempio nello strabismo) causa confusione (Fig. 1B) oppure diplopia. A questo punto l'apparato visivo risponde con procedimenti atti ad eliminare questo discomfort:

Fig. 2: A) Fusione normale; B) Confusione o diplopia; C) Soppressione; D) Corrispondenza retinica anomala

quello della soppressione dell'immagine, per cui la corteccia esclude l'immagine proveniente da un occhio (se ciò si verifica nell'infanzia durante l'epoca di maturazione dell'acuità visiva si va incontro ad ambliopia) oppure quello della corrispondenza retinica anomala per cui la fovea dell'occhio fissante acquista (solamente nella visione binoculare) una direzione visiva comune a quella dell'occhio deviato. (Fig. 2)
Tutti i punti-oggetto disposti sulla linea curva posta nello spazio visivo e tutti quei punti posti in stretta vicinanza all'oroptero, giacchè davanti o dietro a questo, vengono visti come singoli. L'insieme di questi ultimi punti costituisce nello spazio la cosiddetta area di Panum (Fig.5); più stretta nella zona del punto di fissazione, tale area diviene progressivamente più ampia tanto quanto più ci si porta alla periferia; ne deriva, quindi, che una maggiore disparità è compatibile con una visione unica alla periferia più che non nelle parti centrali del campo visivo. Di un oggetto incluso nell'area di Panum, l'occhio destro vede maggiormente la parte destra, mentre quello sinistro la parte sinistra. Pertanto, le due immagini retiniche sono lievemente dissimili e cadono su aree che non sono perfettamente corrispondenti ma che vengono ugualmente fuse in una sola conferendo all'oggetto impressione di solidità e senso di profondità. La stereopsi risulta quindi dalla lieve disparità con cui sono visti gli oggetti purchè siano compresi nell'area di Panum.
Al di fuori di tale area, un punto-oggetto situato dietro o al davanti dell'oroptero, viene percepito doppio perché la sua immagine si forma nelle due retine su punti retinici non corrispondenti (punti retinici disparati). Esso viene pertanto proiettato nello spazio in due differenti direzioni lungo due differenti linee di direzione (diplopia fisiologica o introspettiva - omonima per gli oggetti situati più lontano dispetto all'oroptero, crociata per quelli più vicini).
Il modo più semplice per dimostrare il fenomeno della diplopia fisiologica, è quello di portare gli indici delle mani davanti agli occhi ad una certa distanza uno dietro l'altro. Se viene fissato il dito più vicino, quello lontano appare doppio (diplopia omonima); se lo sguardo viene invece fatto convergere su quello più lontano, è quello più vicino che appare doppio (diplopia crociata) (Fig. 6).
In condizioni di normalità la diplopia fisiologica non viene comunemente avvertita; diverse sono le ipotesi atte a spiegare tale fenomeno: da un lato si suppone che si attui la soppressione di una delle due immagini retiniche (tale soppressione si instaurerebbe con preferenza nell'occhio non dominante); dall'altro si suppone che la diplopia non sarebbe avvertita a causa della bassa acuità visiva di cui sono dotate le porzioni più periferiche della retina sulle quali si formerebbero le immagini degli oggetti.

Fig. 6: Proiezione dell'immagine sulla retina inversamente proporzionale alla distanza dell'oggetto fissato (in senso orizzontale) e diplopia omonima e crociata

La stereopsi è la visione tridimensionale che origina dalla stimolazione simultanea di elementi retinici orizzontalmente disparati nell'ambito delle aree di Panum (quella verticale non induce alcun effetto stereoscopico). Il primo a scoprire che la stereopsi derivava dalla stimolazione simultanea di elementi retinici disparati orizzontali fu Wheatstone nel 1838 mediante la sua invenzione dello stereoscopio. La distanza e l'angolazione con cui l'oggetto viene fissato (per distanze inferiori ai 30 metri) non sono perfettamente uguali nei due occhi: in condizioni normali l'immagine originata dalla fissazione di un oggetto cade a livello foveale grazie ai movimenti di vergenza; poiché gli occhi distano l'uno dall'altro circa 6 centimetri, qualsiasi oggetto che si trovi più vicino o più lontano rispetto al punto di fissazione proietta l'immagine ad una certa distanza dalla fovea; gli oggetti più vicini proiettano la loro immagine su punti della retina più distanti in senso orizzontale e viceversa (Fig.6). La distanza fra immagine del punto fissato ed immagine dell'altro punto prende nome di disparità retinica; il sistema visivo è capace di calcolare tale disparità e di assegnare un senso di maggiore o minore profondità agli oggetti dello spazio visivo. Pertanto la percezione delle immagini retiniche è dotata di una leggera diversità che sta alla base della disparità relativa e che nella fusione costituisce la base della percezione della profondità.
Il valore stereoscopico degli elementi retinici strettamente corrispondenti è pari allo zero, mentre la massima sensibilità della stereopsi si ha nelle loro immediate vicinanze.
E' importante sottolineare che la visione tridimensionale può essere evocata anche fissando oggetti diversi dai solidi; ad esempio, l'osservazione di figure bidimensionali provviste di elementi retinici non corrispondenti orizzontali, quali cerchi concentrici ed eccentrici; tanto maggiore è la disparità degli elementi figurativi, tanto maggiore sarà l'effetto stereoscopico.
Julesz, con l'aiuto di un computer, ha riempito lo schermo di un monitor di punti bianchi e neri aventi le stesse dimensioni e distribuiti casualmente lungo le righe e le colonne con la sola limitazione che i due tipi di punti fossero equifrequenti. Realizzato ciò, si è visto che ciascuna coppia di punti bianchi o neri in visione dicoptica (una immagine presentata ad ogni occhio) era in corrispondenza e che quindi la figura appariva piatta. Con un apposito algoritmo Julesz è riuscito a creare una disparità fra i punti delle due coppie entro un'area di forma ben conosciuta. In questo caso alla presentazione dicoptica si osservava che una parte dei punti sembrava emergere o affondare a seconda del tipo di disparità, assumendo una forma ben precisa e dimostrando che non erano necessari i bordi di una figura per farla apparire tridimensionale. (Fig.7)

Fig. 7: Tavole di Julesz

Le ricerche di Julesz hanno dato forza all'ipotesi che è necessario effettuare una distinzione fra la disparità fine, che dà luogo alla percezione tridimensionale stabile (stereopsi manifesta), e quella grossolana che serve solo ad indirizzare nel verso giusto i movimenti di convergenza degli occhi (stereopsi qualitativa). Questo ultimo aspetto persiste anche quando il paziente ha coscienza di una diplopia da eccessiva disparità.
Un'importante differenza fra la disparità fine e quella grossolana è però percepibile; infatti le disparità fini ma diffuse nel "random dot test" fanno percepire un singolo piano denso (picnostereopsi di Tyler) mentre le disparità più grossolane nella stessa situazione fanno percepire un pacco di piani trasparenti (diastereopsi).
Julesz, inoltre, propone una classificazione della stereopsi in forma locale e forma globale. La stereopsi locale è eccitata dalla presenza di aspetti dello stimolo che possano funzionare da marchi ed è quindi ottenibile anche con una disparità grossolana, purchè possano essere organizzati questi marchi. Invece la stereopsi globale tiene conto delle coppie dei punti corrispondenti e richiede quindi una disparità più fine: inoltre gode di una notevole isteresi: ossia tende a mantenersi nel tempo e risulta abbastanza insensibile alle manipolazioni alle quali possono essere sottoposte le immagini dicoptiche.

La percezione della stereopsi sembra inizi bruscamente fra i tre e quattro mesi di vita, più precocemente nelle femmine che nei maschi; inizia come una sensibilità alla disparità grossolana, che in poche settimane diviene sensibile anche per disparità dell'ordine di un primo di angolo visivo; sembra inoltre che la sensibilità alla disparità crociata compaia prima di quella per la disparità omonima.

Per accertare che un soggetto abbia una normale stereopsi, in clinica e in ortottica, si possono usare numerosi test: ad esempio è molto usato il Titmus stereo test di Wirth, che è composto da tre parti: la prima consente di apprezzare se è presente il senso stereoscopico a seconda che si veda una mosca o meno; le altre due consentono di stimare in percentuale il livello della percezione stereoscopica (si veda oltre). Si attribuisce al nome di acutezza stereoscopica individuale quella disparità minima al di là della quale non si produce alcun effetto stereoscopico; è l'ampiezza misurata in radianti dell'angolo sotteso dalla distanza fra i centri nodali al punto oggetto e può essere determinata semplicemente dividendo l'intervallo fra i punti nodali per la distanza dell'oggetto di cui si voglia determinarla. Se vogliamo determinarla in secondi d'arco, basta tenere presente che un radiante è pari a 2,06 ×10³ sec. Valori di disparità pari a circa 15-30 sec d'arco sono da considerarsi clinicamente eccellenti.

La stereopsi aggiunge un nuovo fattore qualitativo alla visione e rappresenta la forma più complessa ed elevata della cooperazione binoculare, essenziale affinché l'individuo possa interagire con l'ambiente circostante.

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 (Fig. 8);
· La sovrapposizione dei contorni: un oggetto che interrompa i contorni di un altro viene percepito dall'apparato visivo come anteposto all'altro (Fig.9);
· La distribuzione delle luci e delle ombre: il chiaro-scuro genera una impressione del rilievo e quindi di profondità relativa (Fig. 10 A, B e C);
· 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.


Fig. 3: Punto A su cui convergono gli occhi	Fig. 4 Circolo di Vieth-Müller	Fig.5 Variazioni dell'oroptero in base alla distanza di fissazione ed area di Panum


Fig. 8: Prospettiva lineare	Fig. 9: Sovrapposizione dei contorni


Fig. 10: Luci e ombre (A), chiaro e scuro (B, C)