La percezione sensoriale
Tecnologie per la disabilità – A.A. 2010/2011
ASPHIFondazione Onlus
Sommario
1. L’uomo elaboratore di informazione
2. Il meccanismo della percezione
3. L’udito
4. La vista
5. Gli altri sensi
A.A. 2010/20112 Tecnologie per la disabilità
Premessa: classificazione ICF delle funzioni
corporee
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità3
Premessa: classificazione ICF delle funzioni
corporee
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità4
L’uomo elaboratore di informazioni
La percezione sensoriale
La psicologia cognitiva
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità6
percezione
attenzione
memoria
apprendimento
linguaggio
soluzione di problemi
ragionamento
decisione
“La psicologia cognitiva si occupa di tutti i processi
per mezzo dei quali l’input sensoriale viene
trasformato, ridotto, elaborato, immagazzinato,
recuperato ed infine utilizzato.”
L’uomo come elaboratore di informazione
L’uomo elaboratore di informazione
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità7
L’informazione viene processata dal cervello dell’uomo
secondo una serie
di stadi ben definiti
Registri
sensoriali
Riconoscimento
di pattern
Memoria a
lungo termine
Memoria a
breve termine
Esecuzione della
risposta
Decisione e
selezione della
risposta
Attenzione
Memoria
Stimoli
L’uomo elaboratore di informazione
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità8
I problemi funzionali possono essere a qualunque livello
Registri
sensoriali
Riconoscimento
di pattern
Memoria a
lungo termine
Memoria a
breve termine
Esecuzione della
risposta
Decisione e
selezione della
risposta
Attenzione
Memoria
Stimoli
L’uomo elaboratore di informazione
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità9
L’elaborazione dell’informazione può avvenire in due
modi
Elaborazione guidata dai dati
i dati in ingresso avviano gli stadi di elaborazione fino al
riconoscimento
Elaborazione guidata dai concetti
la conoscenza di una probabile interpretazione ci aiuta a
percepirla
In generale: contributo di entrambi i tipi di elaborazione
Elaborazione guidata dai dati e dai concetti
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità10
http://www.mindmaptutor.com/
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità11
FINISHED FILES ARE THE
RESULTS OF YEARS OF SCIENTIFIC
STUDY COMBINED WITH THE
EXPERIENCE OF MANY YEARS.
Il meccanismo della percezione
La percezione sensoriale
Sensazione e percezione
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità13
Sensazione = impressione soggettiva, immediata e
semplice che corrisponde a una determinata intensità
dello stimolo fisico
Percezione = l’organizzazione immediata, dinamica e
significativa delle informazioni sensoriali, corrispondenti a
una data configurazione di stimoli, delimitata nello spazio
e nel tempo
Sensazione PercezioneInformazione
Limiti organici
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità14
Percepiamo solo forme di energia per cui abbiamo
recettori sensoriali
Recettori: cellule specializzate degli organi di senso che
traducono l’energia fisica in segnali elettrici che
raggiungono il cervello
L’energia deve essere
sufficientemente intensa per essere rilevata
http://www.medicalook.com/human_anatomy/organs/
Somatic_senses.html
Esempio di ricettori
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità15
Ricettori dell’epidermide
Tatto
Temperatura
Dolore
Pressione
http://www.exploringnature.org/
Quando rileviamo gli stimoli?
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità16
Psicofisica: studio della variazione delle sensazioni al variare degli stimoli fisici
Anche la più semplice dimensione fisica è soggetta ad una complessa analisi da parte del sistema nervoso
Relazioni non costanti
Metodo psicofisico
Stimoli con grandezze intorno alla soglia di percezione
Decisioni elementari
Presentazione ripetuta degli stimoli
Misura della soglia di percezione: lo stimolo è rilevato nel 50% dei casi
Misura della discriminazione: il più piccolo cambiamento diuno stimolo in grado di essere percepito
Esempi di soglia di percezione
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità17
La soglia di percezione in realtà varia in funzione del soggetto, attenzione, esercizio, stato emotivo, …
Senso Quantità minima di stimolazione
Vista La fiamma di una candela in una notte
serena e senza luna, a 45 km di distanza
Udito Il ticchettio di un orologio a 6 m di
distanza in un ambiente quieto
Olfatto Una goccia di profumo nel volume
equivalente a sei grandi stanze
Tatto L'ala di una mosca che cade sulla guancia
dall'altezza di 1 cm
Gusto Un cucchiaino di tè colmo di zucchero in
circa 9 litri d’acqua
Legge della potenza di Stevens
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Stanley Smith Stevens, 1956
Misura della soglia differenziale
S = giudizio sensoriale del soggetto
I = intensità dello stimolo
k = costante che dipende dall’unità
di misura scelta
S
I
S = k • In
n varia a seconda dello stimolo
Legge della potenza di Stevens
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Stimolo Esponente
Luminosità 0,33
Intensità sonora 0,67
Lunghezza 1
Calore 1,6
Scossa elettrica 3,5
Esempio di esponenti
Percezione “minore”
Percezione “maggiore”
La percezione
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità20
L’energia dello stimolo (input) è trasformata in un
impulso nervoso
Apparati sensoriali: trasduttori
Organi separati per i
vari “sensi”
Sistema nervoso centrale:
elaboratore,
integratore
Organo “unico”
http://brainwaves.corante.com/
Alcuni dati di fatto
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità21
Gli stimoli sono ricchi di informazione
I sensi hanno molto in comune ed interagiscono fra loro
Particolare sensibilità ai cambiamenti
Cambiamento = potenziale pericolo…
Il sistema sensoriale di regola è molto efficiente ma può
essere “ingannato”
La conoscenza preacquisita e le aspettative influenzano la
percezione
Illusioni: strumento utile e divertente per rivelare le
caratteristiche della percezione
Le illusioni
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità22
Aiutano a “capire” come funziona la percezione
Griglia di Hermann
http://it.wikipedia.org/
Le illusioni
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità23
Ambiguità di
intepretazione
Discordanza fra dati
e concetti
M.C. Escher, “Cascata”
David Marr:
“percepire è costruire
un significato”
http://www.mcescher.altervista.org/
Il “cammino” della percezione
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità24
Recettori sensoriali
Vie sensoriali afferenti
Nuclei intermedi (talamo)
Corteccia primaria
Corteccia secondaria
Corteccia associativa
Centri sensoriali
del Sistema
Nervoso
Centrale
http://saluteolistica.blogspot.com/
I recettori
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità25
Esterocettori
Raccolgono stimoli provenienti dall’ambiente esterno
Sono localizzati sulla superficie dell’organismo
Tradizionalmente classificati in recettori per la vista, l’udito, il tatto, l’olfatto, il gusto
Enterocettori
Raccolgono stimoli provenienti dall’ambiente interno
Sono localizzati in profondità
Viscerocettori: raccolgono stimoli dai visceri per coordinare la vita vegetativa e quindi i processi omeostatici
Recettori dell’equilibrio: raccolgono informazioni sulla posizione e sui movimenti di tutto il corpo
Propiocettori: raccolgono informazioni sulle posizioni relative e i movimenti dei vari muscoli
Esterocettori
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità26
Convertono uno stimolo fisico o chimico in un potenziale
d’azione che trasmetterà le caratteristiche qualitative e
quantitative dello stimolo stesso al Sistema Nervoso Centrale
Sono “selettivi”: dedicati ad una specifica forma di energia
detta anche modalità sensoriale
Sono “altamente sensibili” perché possono amplificare gli
stimoli che ricevono
Potenziale di riposo del recettore: le sue variazioni possono
dare l’avvio alla trasmissione del segnale nervoso che
generalmente si comporta come un fenomeno “tutto o nulla”
Il tipo di sensazione dipende dalla via nervosa seguita
Classificazione dei recettori
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità27
In base alla forma di energia per la quale sono
selettivamente sensibili
Chemocettori (energia chimica)
Meccanocettori (energia meccanica)
Termocettori (energia termica)
Fotocettori (energia luminosa)
Elettrocettori (energia elettrica)
Recettori acustici (onde sonore)
Tipi di
cellule
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità28
Neuroni modificati
Semplici
Complessi
Cellule specializzate
La trasmissione dello
stimolo
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità29
Se lo stimolo continua il recettore cessa di reagire al segnale
“Adattamento”
I recettori del dolore o quelli legati alle funzioni dell’equilibrio non si adattano o si adattano molto lentamente
Organizzazione periferica
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità30
Un singolo neurone afferente con tutte le sue terminazioni
recettoriali è un’unità sensoriale
L’area del corpo che, se stimolata, genera attività in un’unità
sensoriale o in un altro neurone della via afferente è detto il
campo recettivo di quel neurone
L’ampiezza del campo recettivo varia inversamente alla densità
dei recettori
Un’alta densità recettoriale dà origine a piccoli campi recettivi,
che generano una maggiore acuità o abilità discriminativa
dell’input
La sovrapposizione di campi recettivi permette interazioni tra
inputs sensoriali e raffina la discriminazione sensoriale
Organizzazione centrale
Vie sensoriali specifiche (afferenti primarie) trasmettono
informazione da un unico tipo di recettore sensoriale a
specifiche aree primarie riceventi della corteccia
cerebrale circa un unico tipo di stimolo.
Vie non-specifiche convogliano informazione da più di un
tipo di unità sensoriali alla formazione reticolare bulbo-
pontina e al talamo
L’arrangiamento delle vie sensoriali dà origine a
convergenza o divergenza dell’input sensoriale
Ciò influenza la qualità della sensazione a livello conscio o
subconscio all’interno del Sistema Nervoso Centrale
Le vie sensoriali
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità32
La via olfattiva proietta dal naso direttamente alla corteccia
La via dell’equilibrio proietta al cervelletto con una diramazione alla corteccia attraverso il talamo
Tutte le altre vie passano attraverso il talamo prima di proiettare alle loro aree corticali specifiche
Copyright © 2007 Pearson Education, Inc.
Le vie sensoriali
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità33
L’organizzazione funzionale del cervello
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità34
Le strutture cerebrali possiedono un’organizzazione
funzionale
http://www.colorado.edu/
Le tecniche di brain imaging
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità35
Le tecniche di brain imaging rilevano le funzioni cerebrali in vivo, permettondo di osservare cosa accade nel cervello quando siamo impegnati in qualche azione, o sottoposti a stimoli percettivi
La PET(Positron Emission Tomography), la SPECT (Single Photon Emission computed Tomography) e la risonanza magnetica funzionale sono tra le tecniche più usate
Queste tecniche misurano principalmente lafflusso di sangue nelle varie regioni cerebrali
Le aree attive del cervello usano maggiore energia e quindi richiedono un più elevato rifornimento di ossigeno e glucosio
PET (Positron Emission Tomography)
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità36
I due emisferi del cervello
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità37
Gli emisferi cerebrali destro e sinistro sono quasi identici e posti in maniera speculare l’uno rispetto all’altro
Gli emisferi si scambiano informazioni tramite un fascio di fibre che li collega, chiamato corpo calloso
L’emisfero sinistro controlla i movimenti e la sensibilità della parte destra del corpo e viceversa: le fibre nervose provenienti dai due emisferi cerebrali si incrociano a livello del midollo allungato
Esiste una specializzazione emisferica
http://www.fisiokinesiterapia.biz/
L’udito
La percezione sensoriale
Lo stimolo uditivo
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità39
Il suono è prodotto dalle vibrazioni di un mezzo elastico
(aria, legno, …)
Le onde sonore possono essere descritte in termini di
frequenza ed ampiezza
La maggior parte dei
suoni è il risultato della
sovrapposizione di un
numero infinito di onde
con frequenza e ampiezza
variabili
La frequenza
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità40
Un suono puro è costituito da un’onda sinusoidale di frequenza costante
Si misura in hertz (Hz), dove 1 Hz caratterizza un “evento” che occorre una volta in un secondo
http://www.cattolica.info/
L’ampiezza
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità41
Definisce la variazione massima della pressione dell’aria
Si misura in Pascal (N/m2)
Più spesso si fa riferimento all’ampiezza di un suono in rapporto alla soglia uditiva dell’orecchio (20 p)
Tale rapporto si esprime in decibel (dB)
http://www.cattolica.info/
Livelli audio
(decibel)
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità42
Scala logaritmica
Soglia di udibilità: 0 dB
Soglia del dolore: 120 dB
http://apritisangia.splinder.com/
La sensibilità dell’orecchio
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità43
L’orecchio umano è sensibile a frequenze comprese fra 20 e 20000Hz
La massima sensibilità è per frequenze comprese fra 2000 e 5000 Hz
In realtà la facoltà dell’orecchio umano di distinguere i diversi suoni dipende
Dalla frequenza
Dall’ampiezza
Dall’età (la sensibilità alle alte frequenze diminuisce con gli anni)
Dai suoni uditi precedentemente (fenomeni di mascheramento, bande critiche)
La soglia di udibilità
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità44
http://www.tangible-technology.com/
parlato
Le variabili psicofisiche
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità45
Tonalità
Attributo del suono che permette di collocarlo all’interno della scala musicale (da basso ad alto)
In prima approssimazione è proporzionale al logaritmo della frequenza
Sensazione sonora
Attributo del suono che permette di collocarlo all’interno di una scala da debole a intenso
Cresce con l’intensità del suono, ma è influenzata anche dal contenuto spettrale
Timbro
Attributo del suono che permette di distinguere due suoni che hanno lo stesso tono e sensazione sonora
Permette di identificare gli strumenti musicali
L’orecchio
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità46
http://www.associazioneairs.it/
http://www.audika.it/
L’orecchio
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità47
L’orecchio esterno raccoglie le onde sonore e funzionando come un imbuto le convoglia in uno stretto tubo, il condotto uditivo esterno, che va all’interno dell’orecchio
Alla fine del condotto uditivo esterno c’è la membrana del timpano
Il timpano è una membrana sottile che vibra quando viene colpita dalle onde sonore
Il timpano è collegato ad una serie di tre ossicini, martello, incudine e staffa, che si trovano all’interno dell’orecchio medio
La catena ossiculare trasmette le vibrazioni sonore in un piccolo organo all’orecchio interno detto coclea (o chiocciola), una struttura di circa 0.5cm per 1 cm che ha la forma del guscio della chiocciola
L’orecchio interno contiene una soluzione salina che trasmette i cambiamenti di pressione all’interno della coclea
Dentro la coclea si trovano le cellule ciliate che traducono le vibrazioni sonore in impulsi nervosi e li trasmettono al nervo acustico
Il nervo acustico (ottavo nervo cranico) porta il messaggio sonoro fino al cervello, dove il suono viene interpretato
La coclea
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità48
Composta essenzialmente da una spirale ossea collegata
ad un canale cocleare
Compie 2 giri e 3/4 attorno
al proprio asse che prende
il nome di modiolo
Il canale cocleare è diviso
longitudinalmente da due
membrane, la membrana
basilare e la membrana
vestibolare (o di Raissner)
http://www.audioprotesisti.org/
La membrana basilare
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità49
Ha dimensioni crescenti e rigidezza decrescente (dalla finestra ovale all’apice)
Reagisce alla pressione esercitata dall’onda sonora creando un’onda progressiva che si sposta dalla finestra ovale all’apice
Lo spostamento massimo dipende dalla frequenza del suono
Alte frequenze: massimo vicino alla finestra ovale
Basse frequenze: massimo vicino all’apice
http://www.cs.indiana.edu/
L’organo del Corti
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità50
Sulla membrana basilare è posto l’Organo del Corti, il vero organo neuro-sensoriale uditivo, responsabile della trasduzione dell'impulso cinetico in elettro-chimico
L’organo del Corti
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità51
Costituito da cellule di sostegno e da cellule sensitive
acustiche che rappresentano i recettori uditivi, le cellule
ciliate
Le cellule ciliate
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità52
Sono dotate di ciglia
Si divisono in cellule ciliate esterne, circa 20.000, e cellule ciliate interne, circa 3-4.000)
Sopra l’organo del Corti è posta la membrana tettoria che sovrasta i peli delle cellule acustiche
Quando la base del condotto cocleare vibra (membrana basilare) determina un avvicinamento dei peli alla membrana tettoria che causa l’attivazione delle cellule acustiche
Lo stato di eccitazione viene trasmesso ai centri acustici del cervello tramite le fibre nervose del nervo acustico cocleare
Le cellule ciliate interne, seppure in numero minore rispetto a quelle esterne, sono le vere cellule uditive: sono loro che, liberando un particolare neurotrasmettitore, il glutammato, attivano le fibre nervose afferenti che trasportano l’informazione sensoriale dall’organo del Corti verso il cervello
http://www.unmc.edu/
La percezione dello spazio uditivo
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità53
Localizzazione di una sorgente sonora
Il meccanismo fondamentale si basa sul fatto di avere due orecchie
Tramite l’ascolto binaurale il sistema percettivo è in grado di confrontare le caratteristiche fisiche del suono che perviene alle due orecchie e di ricavare, da tale confronto, informazioni sulla posizione della sorgente che l'ha generato
I segnali che arrivano alle dueorecchie presentano delledifferenze
http://www.audiosonica.com/
Ascolto binaurale
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità54
Differenza di tempo (fase) La distanza dalla sorgente sonora delle due orecchie è diversa, e ciò si traduce
in una differenza nel tempo di arrivo di ciascun segnale
Naturalmente ciò implica una differenza di fase in quanto ritardo in tempo e differenza di fase sono intrinsecamente correlate
Differenza di ampiezza Le ampiezze dei due segnali sono diverse sia perché l’ampiezza diminuisce
all’aumentare della distanza sia perché il segnale che deve raggiungere l’orecchio più lontano deve aggirare l’ostacolo della testa e nel fare ciò perde energia
Inoltre le frequenze più alte non riescono a superare l’ostacolo quindi i due segnali differiranno anche per il contenuto in frequenza
Questo è il motivo per cui risulta difficile individuare la direzione di provenienza delle basse frequenze: queste sono in grado di oltrepassare gli ostacoli senza una perdita di energia rilevante e dunque i suoni che arrivano alle due orecchie sono pressoché identici
Differenza nel contenuto armonico Una delle due onde deve “girare attorno” alla testa per raggiungere l’orecchio
più lontano
Ciò comporta una leggera perdita sulle alte frequenze a causa della diffrazione
Disturbi della funzione uditiva
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità55
Sordità: perdita totale delle capacità uditive
Ipoacusia o compromissione dell’udito: perdita parziale, con livelli che vanno da leggera a moderata, grave, profonda
Se il disturbo interessa un solo orecchio si definisce unilaterale.
Due grandi categorie dal punto di vista clinico-audiometrico, in base alla localizzazione del problema:
Ipoacusia di trasmissione: è causata da malformazioni, traumi ma soprattutto processi infiammatori a carico dell’apparato di trasmissione dei suoni nell’orecchio esterno e medio L’esempio più classico è l’infezione dell’orecchio medio nell’infanzia
(otite), che generalmente non provoca deficit gravi dell’udito (non oltre i 50-55 dB)
Ipoacusia neurosensoriale: dovuta a problemi dell’orecchio interno o del nervo acustico, che riducono la percezione di alcune frequenze e fanno sì che i suoni appaiano distorti Tra le cause più frequenti ci sono l’esposizione a rumori e
l’invecchiamento
Impianto cocleare
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità56
Dispositivo che consente di sentire ad adulti e bambini affetti da sordità profonde
Fornisce degli impulsi elettrici direttamente alle fibre del nervo acustico bypassando le cellule dell’orecchio interno (cellule ciliate) danneggiate
Gli impulsi una volta raggiunto il cervello vengono interpretati come suoni
Non è un apparecchio acustico, che semplicemente amplifica i suoni
Può essere applicato in quei soggetti che presentano un’ipoacusia neurosensoriale grave o profonda bilaterale, con scarso o nessun beneficio dall’utilizzo di una protesi acustica e con forti motivazioni ed aspettative
Impianto cocleare
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità57
È costituito da una parte interna costituita dal ricevitore/
stimolatore con il filo porta elettrodi (array) …
http://www.infosordita.it/
Impianto cocleare
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità58
… ed una parte esterna costituita dall’elaboratore del
linguaggio e l’headset (microfono, antenna, cavo di
collegamento)
http://www.infosordita.it/
Per curiosità
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità59
Effetti e illusioni acustiche
http://fisicaondemusica.unimore.it/Effetti_e_illusioni_acustiche.
html
La vista
La percezione sensoriale
Lo stimolo visivo
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità61
La luce fa parte dello spettro elettromagnetico
L'occhio umano è sensibile a lunghezze d’onda comprese fra 400 nm (violetto) e 700 nm (rosso)
I colori che noi vediamo non sono un’unica onda, ma una combinazione di onde e quindi di differenti colori
Stimolo fisico: descritto da lunghezza d’onda, purezza e ampiezza
Percezione: descritta da angolo cromatico, saturazione e luminosità
400nm 700nm
Il colore
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità62
Il colore di un oggetto è determinato dal tipo e dalla
quantità di luce che assorbe
http://teachers.wlps.net
http://www.valdosta.edu/
Definizioni percettive
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità63
Tinta o angolo cromatico
Corrisponde al nome che comunemente viene usato per
definire una certa sensazione di colore,
come rosso, giallo, verde, ...
Legata alla lunghezza d’onda dominante
http://gimp.linux.it/
Definizioni percettive
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità64
Saturazione
Esprime la percentuale di bianco diluita nel colore puro
I colori puri sono saturi al 100% , mentre per i grigi il valore di
saturazione è nullo
Legata al rapporto fra l’energia relativa alla frequenza
dominante e l’energia totale
Definizioni percettive
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità65
Brillantezza
Corrisponde all’energia luminosa associata ad un oggetto emittente
Luminosità
Corrisponde all’energia luminosa associata agli oggetti riflettenti
Legate all’intensità (relazione ~logaritmica)
La visione
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità66
Trasduttore: occhio
Recettori: sulla
retina
Trasmissione
neurale: nervo
ottico
Incrocio nel
chiasma ottico
Corteccia visiva
(lobo occipitale)
http://scienceblogs.com/
L’occhio
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità67
Palpebra: protezione dell’occhio
Sclera (bianca): strato di connettivo fibroso
Cornea (trasparente)
Pupilla: foro d’entrata
Regolazione
dell’apertura
(muscoli radiali
e circolari)
Iride: diaframma
pigmentato
L’occhio
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità68
Cristallino: lente biconvessa che fa convergere i raggi
luminosi sulla retina
Sospeso da
legamenti
sospensori
Fovea: piccola
porzione della
retina, in cui è
massima l'acuità visiva
ha un diametro inferiore al mezzo
millimetro, corrispondente ad un angolo visivo
di un solo gradohttp://retina.umh.es/
La retina
È la più interna delle tre tuniche che costituiscono la parete del bulbo oculare
È una membrana sottile, delicata, e trasparente, leggermente rosea perché vascolarizzata
È deputata alla ricezione degli stimoli luminosi e alla loro trasformazione in segnali nervosi che, quindi, vengono trasmessi fino alle strutture cerebrali
Contiene i fotocettori, sensibili alla luce
I fotocettori (o fotorecettori)
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità70
Coni e bastoncelli contengono pigmenti sensibili alla luce che, per effetto delle radiazioni luminose, subiscono trasformazioni biochimiche
I coni permettono la visione dei colori (3 tipi di pigmenti) in condizioni di buona illuminazione
Sono circa 7 milioni, concentrati nella fovea
I bastoncelli permettono la visione in bianco e nero in condizioni di scarsa illuminazione
Sono circa 125 milioni, distribuiti sulla retina (nessuno nella fovea)
Hanno 1 solo tipo di fotocettore (rodopsina)
http://www.iapb.it/
Distribuzione spaziale dei fotocettori
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità71
In corrispondenza del nervo ottico c’è un’area priva di fotocettori
“Punto cieco”
http://www.uxmatters.com/
Sensibilità alla luce
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità72
In condizioni di scarsa illuminazione
http://www.phys.ufl.edu/
I coni
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità73
Contengono tre proteine fotorecettrici diverse (opsine con alcuni aminoacidi di differenza) una sensibile soprattutto al rosso, una al verde e una al blu
Ogni cellula a conoesprime un solo tipo di recettore opsina, capace di assorbire laluce in una regione dello spettro
L’uomo distingue colori e sfumature integrando i segnali che provengono dai tre tipi di coni
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/
Sintesi additiva dei colori
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità74
Mescolanza di luci colorate
Punto di partenza: nero,cioè assenza di luce
Colori primari: rosso, verde, blu
La mescolanza di due colori primariproduce un colore secondario
Colori secondari: giallo, magenta e ciano
Usata nei monitor RGB
Es: monitor LCD
http://www.ilcorto.it/
http://www.mirai.eu/
Colori complementari
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità75
I colori complementari sono mutuamente esclusivi
Quando la miscela di due radiazioni dà luce bianca, i
colori sono complementari
http://www.hintsandthings.co.uk/
verde & magenta
rosso & ciano
blu & giallo
Effetti consecutivi
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità76
Griglia di Hermann
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità77
Fenomeno dell’inibizione laterale L’intensità di un punto percepita dall’occhio non è semplicemente
quella percepita da un singolo neurone, ma è il risultato dell’interazione di un gruppo di recettori che costituiscono il campo recettivo
Il centro del campo recettivo ha valore eccitatorio sul segnale nervoso prodotto, mentre i recettori circostanti hanno attività inibitoria
Poiché nella griglia di Hermann il punto di incrocio tra due linee è circondato da un’intensità luminosa totale maggiore, rispetto agli altri punti delle linee, ciò comporta un maggiore effetto inibitorio dovuto ai recettori periferici e l’area appare più scura
http://it.wikipedia.org/
Disturbi nella percezione dei colori
Tricromatismo = visione normale
Dicromatismo = mancanza di uno dei 3 tipi di ricettore
Monocromatismo = impossibilità della visione a colori
Il termine comunemente usato, “daltonismo”, prende origine da John Dalton, un fisico e chimico inglese che nel 1798 descrisse un’anomalia congenita della visione dei colori di cui era affetto lui stesso.
Possono essere congeniti o acquisiti
Alcuni difetti congeniti (visione rosso-verde) sono piuttosto comuni Legati ad un gene recessivo
Nei Caucasici, circa l’8% della popolazione maschile e lo 0,5% di quella femminile, mentre il 15% della popolazione femminile è portatrice sana (eterozigote)
Molto meno frequente negli altri gruppi di popolazione (3-4%)
Disturbi nella percezione dei colori
Raggruppati in quattro grandi classi
Acromatopsia (o monocromatismo dei bastonceli): difetto generalizzato in tutti i coni, indipendentemente dal tipo Cecità ai colori completa o parziale, acuità visiva ridotta, fotofobia,
nistagmo (movimenti oscillatori, ritmici e involontari dei globi oculari)
Può essere congenita (genetica, trasmessa come carattere autosomico dominante), degenerativa (distrofia dei coni) o cerebrale
Monocromatismo dei coni blu: i coni si sviluppano normalmente, ma la retina non è in grado di produrre né il pigmento verde né quello rosso, per cui solo i coni sensibili al blu funzionano normalmente Aspetti clinici simili all’acromatopsia ma meno severi
Difetto (molto raro) trasmesso con ereditarietà recessiva associata al cromosoma X
Disturbi nella percezione dei colori
Tritanopia: rara anomalia associata a mutazioni del gene delle opsine dei coni blu
Difetti nella discriminazione dei colori a bassa frequenza (blu-giallo), acuità visiva normale
Congenita (genetica, trasmessa come carattere autosomicodominante)
Difetti legati alla visione del rosso-verde
I più comuni
Difetti trasmessi con ereditarietà recessiva associata al cromosoma X
Suddivisi in quattro classi basate sulla severità e sul tipo di fotorecettore coinvolto (gene delle opsine dei coni verdi o dei coni rossi)
Disturbi dei recettori rosso-verde
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità81
Difetti severi: presenza di due tipi di fotoricettori, visione dicromatica
Protanopia: solo coni blu e verdi, nessun cono rosso funzionante (~1% della popolazione caucasica maschile)
Deuteranopia: solo coni blu e rossi, nessun cono verde funzionante (~1% della popolazione caucasica maschile)
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/
Disturbi dei recettori rosso-verde
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità82
Difetti più leggeri: presenza dei tre tipi di fotoricettori, visione tricromatica anomala Protanomalia: coni blu e verdi normali, più coni simil-verde anomali
(~1% della popolazione caucasica maschile), diminuita sensibilità al rosso
Deuteranomalia: coni blu e rossi normali, più coni simil-rosso anomali (~5% della popolazione caucasica maschile), diminuita sensibilità al verde
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/
Riepilogo
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità83
Classe
Visione normale
Protanopia
Protanomalia
Deuteranopia
Deuteranomalia
Tritanopia
Monocromatismo dei coni blu
Acromatopsia
Frequenza
1%
1%
1%
5%
~1 su 103
~1 su 105
~1 su 3x104
Coni
B G R
B R
B G
B G G
B R R
G R
B
Test di Ishihara
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità84
http://www.colour-blindness.com/
Impianto retinico o retina artificiale
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità85
Ha lo scopo di “sostituire” i fotoricettori della retina danneggiata, così da ripristinare un’adeguata sensazione luminosa.
Schematicamente consta di una griglia di micro-elettrodi (fotorecettori artificiali) che vengono attivati dalla stimolazione luminosa e danno così via all’attivazione del segnale luminoso che percorre la via ottica fisiologica fino alla corteccia visiva
http://www.visioeng.it/
Impianto retinico o retina artificiale
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità86
Fattore indispensabile per procedere con l’impianto: retina danneggiata ma nervo ottico sano (es: retinite pigmentosa)
Stima:
http://www.visioeng.it/
http://www.visioeng.it/
La corteccia visiva
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità87
Il termine corteccia visiva si riferisce principalmente alla corteccia visiva primaria (nota anche come corteccia striata o V1) possiede una mappa molto ben definita dell'informazione spaziale
nella visione: “ingrandimento corticale”
L'area V1 invia informazioni a molte aree visive secondarie a cui sono stati attribuiti svariati nomi ( V2, V3, V4, V5...)
http://www.iapb.it/
Cecità
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità88
Percezione ottico-visiva ridottissima o nulla (cecità
parziale o totale
Congenita
Derivata da gravi affezioni dell’apparato visivo: cataratta (rende
opaco il cristallino), degenerazione maculare legata all’età
(colpisce la zona centrale della retina), glaucoma (provoca un
danno cronico e progressivo del nervo ottico e dello strato
delle fibre nervose retiniche), …
In seguito a traumi: distacco della retina
Gli altri sensi
La percezione sensoriale
Il tatto
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità90
Su ogni centimetro quadrato di pelle si trovano mediamente circa 130 recettori tattili
http://www.benessere.com/
Il tatto
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità91
Cellule di Merkel o sensori proporzionali (sensori P), Registrano semplicemente la pressione esercitata sulla cute
Corpuscoli di Meissner o sensori differenziali (sensori D) Non reagiscono a una pressione persistente, ma solo a variazioni di
pressione: rispondono in modo particolarmente intenso alle variazioni di pressione sulla cute, ma reagiscono poco se questa rimane costante
Corpuscoli di Ruffini o sensori proporzionali - differenziali (sensori PD) Reagiscono maggiormente agli stimoli veloci che a quelli lenti, ma
non si adattano mai completamente: misurano la tensione del derma e sono ancora più sensibili alle variazioni di tensione
Corpuscoli di Vater-Pacini o sensori di accelerazione (sensori PC) Rispondono solo a stimoli tattili che variano rapidamente, ad
esempio le vibrazioni
Disturbi della sensibilità tattile
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità92
Possono essere associati a tutte le condizioni patologiche che comportino lesioni delle vie o dei centri nervosi relativi, o possono comparire anche in malattie generali dell’organismo
Possono essere più o meno estesi
Ipoestesia: riduzione della sensibilità
Anestesia: scomparsa della sensibilità
Iperestesia: aumento abnorme della sensibilità
Parestesia: alterazioni qualitative della sensibilità
Le lesioni della corteccia cerebrale parietale comportano disturbi negli aspetti più complessi della sensibilità tattile, con perdita della capacità di riconoscere la forma e la natura degli oggetti mediante la palpazione ad occhi chiusi (astereognosia o agnosia tattile)
Il gusto
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità93
I chemorecettori del gusto, le gemme gustative, sono
distribuite nel cavo orale (palato, arcate palatine, faringe e
laringe), con una maggiore concentrazione sulla superficie
dorsale della lingua
Le gemme gustative, riunite in gruppi da 1 a 5, formano le
papille gustative
Ciascuna gemma è costituita da 40-50 cellule con la
capacità di trasmettere il segnale chimico percepito in
impulso nervoso, che fibre nervose ad esse connesse
trasporteranno fino al cervello
Il gusto
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità94
Quattro tipi di papille gustative: fungiformi, foliate, circumvallate e filiformi (che però non contengono recettori gustativi)
http://library.thinkquest.org/
Il gusto
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità95
Il gusto dipende dalla percezione sinergica di cinque gusti fondamentali: amaro, aspro, dolce, salato e umami (sapore di glutammato)
Un tempo si credeva che le papillegustative che si trovano nelle diversezone fossero differenti le une dalle altre “Mappe”: una semplificazione eccessiva
Recenti studi di elettrofisiologiadimostrano invece che tutti i recettori gustativi sono più o meno strutturalmente simili e che ogni recettore è in grado di venir stimolato da sapori diversi
http://classe2c.pbworks.com/
Il gusto
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità96
Ciascuna gemma gustativa pur essendo in grado di rispondere
a tutti i sapori fondamentali possiede una sua “preferenza” che
la rende in grado di essere stimolata anche da bassissime
concentrazioni del suo sapore preferito
Le gemme per il dolce sono particolarmente concentrate sulla punta
della lingua, per l’amaro alla base, per l’acido sui bordi, mentre la
sensibilità per il salato sarebbe distribuita uniformemente su tutta la
superficie della lingua
Esempi di soglia
di percezione
Gusto Sostanza Soglia
Salato Cloruro di sodio 0,01 M
Acido Acido cloridrico 0,0009 M
Dolce Saccarosio 0,01 M
Amaro Chinino 0,000008 M
Umami Glutammato 0,0007 M
M = mole, quantità di sostanza che
contiene un numero di Avogadro di
particelle (6,022 1023 )
Disturbi del gusto
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità97
Ageusia: perdita completa della sensibilità al gusto
Può essere parziale (insensibilità al dolce, salato, …) o totale
Disgeusia: alterazione del senso del gusto
Ipergeusia: sensibilità in eccesso
Ipogeusia: sensibilità in difetto
Molteplici cause, congenite o acquisite
Assenza totale o parziale dei recettori gustativi
Processi tossinfettivi sia locali che generali e malattie neuro-endocrine
Affezioni del sistema nervoso, ad esempio lesione del nervo trigemino e
glossofaringeo, paralisi facciale
Traumi cranici, neoplasie, dermopatie
Tabagismo, carenze vitaminiche, effetti collaterali di alcuni farmaci
L’olfatto
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità98
La mucosa olfattiva è situata nel tetto delle cavità nasali
Gli assoni delle cellule sensoriali primarie della mucosa
olfattiva penetrano nella lamina cribrosa tramite fori e
prendono contatto con i grossi neuroni del bulbo
olfattivo
Molte centinaia di cellule sensoriali prendono contatto
con una sola cellula nervosa
Un odore viene riconosciuto solo quando tutte le cellule
sensoriali contigue scaricano contemporaneamente
L’olfatto
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità99
L’olfatto
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità100
Tutti i tentativi di classificare le qualità olfattive sono finora falliti
In passato si pensava che ogni odore potesse essere descritto con appena sette caratteristiche distintive (canfora, muschio, fiori, menta, etereo, pungente, putrido)
Attualmente si sa che esistono almeno 50 differenti “odori primari”, ma il nostro linguaggio non ci permette di descrivere correttamente le sensazioni provate
È certo che la capacità olfattiva dell’uomo è assolutamente insignificante in rapporto a quella degli animali, i quali sono in grado di distinguere migliaia di odori
L’olfatto
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità101
http://blog.aivia.it/
“Ruota”degli odori
Usata nella
degustazione
del vino
Disturbi dell’olfatto
A.A. 2010/2011Tecnologie per la disabilità102
Modificazioni qualitative Parosmia: percezione di un odore che non esiste nell’ambiente (allucinazione
olfattiva) oppure percezione erronea di un odore reale
Modificazioni quantitative Iperosmia: aumentata percezione degli odori
Iposmia: diminuita percezione degli odori
Anosmia: perdita totale della percezione degli odori
Possono dipendere da Cause meccaniche (rinite allergica, rinite vasomotoria, polipi etmoidali, tumori
nasali e rinofaringei che impediscono all'aria inspirata di raggiungere e stimolare l'area olfattiva)
Cause traumatiche (fratture dell'etmoide, traumi occipitali o frontali con strappamento per contraccolpo dei nervi olfattivi)
Cause infettive (tifo, riniti, sinusiti, influenza)
Atrofia della mucosa olfattiva (rinopatia atrofica ozenatosa)
Disendocrinie (acromegalia, ipotiroidismo)
Processi morbosi del sistema nervoso centrale (processi neoplastici o degenerativi)
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A.A. 2010/2011103 Tecnologie per la disabilità