V I S I O N E. a.a. 2017/18 Prof.ssa Pia Lucidi. Laboratorio di Cognizione e Benessere Animale RICEVIMENTO: Lunedì 17:30-18:30

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1 V I S I O N E a.a. 2017/18 Prof.ssa Pia Lucidi Laboratorio di Cognizione e Benessere Animale RICEVIMENTO: Lunedì 17:30-18:30

2 Tre ingredienti per il riconoscimento degli oggetti

3 Cosa può vedere un animale? La luce visibile si compone di onde elettromagnetiche con lunghezze d onda tra nm. Le fonti luminose (sole, lampade) emettono luce propria Tutti gli altri oggetti diventano visibili quando riflettono la luce Un oggetto appare di un determinato colore a seconda delle lunghezze d onda che vengono riflesse rispetto a quelle che vengono assorbite

4 Apparato visivo Visione: processo tramite il quale la luce riflessa da un oggetto viene trasformata in un immagine mentale Sensi speciali: recettori confinati in un organo specifico e associato a nervi cranici (insieme a udito, equilibrio, sensi chimici) Occhio: funziona come una macchina fotografica mettendo a fuoco la luce sulla retina, usando una LENTE e una APERTURA (pupilla), le cui dimensioni possono variare per cambiare la quantità di luce che entra

5 Percorso visivo

6 Macchia cieca

7 Acuità visiva Capacità di discriminare due punti come due punti (separati) Negli uccelli l acuità visiva è 2-3 volte superiore a quella umana Il gheppio può riconoscere insetti di 2 mm da una distanza di 18 metri (Fox et al. 1976)

8 Acuità visiva L acuità visiva di cani, gatti e cavalli è inferiore a quella umana man dog

9 Acuità visiva Dipende dalla macula, un area della retina la cui risoluzione è più alta rispetto alle altre regioni

10 Macula Macula è il nome di una piccola porzione di pochi millimetri al centro della retina Quando l occhio guarda direttamente un oggetto, l immagine dell oggetto viene messa a fuoco direttamente sulla macula, che è responsabile della visione centrale più dettagliata La macula ha un elevatissima concentrazione di recettori Ogni recettore della macula si connette a UNA cellula bipolare, che a sua volta si connette a UNA singola cellula gangliare pertanto ogni cono della macula è direttamente connesso al cervello!

11 Fovea La porzione centrale della macula è la FOVEA (depressione) o punto focale La fovea è un punto dell occhio dove la luce colpisce direttamente i fotorecettori senza dover attraversare vasi sanguigni o cellule. Questa regione, chiamata fovea, è popolata da moltissimi coni, non ci sono bastoncelli.

12 Visione periferica Al di fuori della macula molti recettori convergono su poche cellule bipolari e gangliari Ne consegue che: Il cervello non può determinare precisamente la posizione o la forma della fonte luminosa Tuttavia la somma degli stimoli in entrata fa sì che l animale sia capace di percepire anche fonti di luce molto tenui

13 Visione mono / binoculare Monoculare: occhi laterali, campo visivo molto vasto, scarsa percezione della profondità (es. piccione) Binoculare: occhi frontali, campo visivo vasto (fino a 180 ) La visione monoculare consente un campo visivo più vasto: es. nel piccione fino a 300 senza girare la testa; altri uccelli possono raggiungere i 360 (beccaccia). Tuttavia la visione monoculare non permette di stimare bene la distanza e percepire la profondità

14 Visione negli uccelli Occhi omolto grandi, occupano la maggior parte del cranio Molti uccelli hanno due fovee: una fovea diretta in avanti una fovea diretta lateralmente La seconda fovea viene usata per mettere a fuoco sui dettagli anche nella visione periferica

15 Gufi Occhio tubulare con scarsa muscolatura intorno, per massimizzare la grandezza Per compensare la scarsa possibilità di movimento, molti gufi riescono a ruotare la testa molto rapidamente fino a 270 sulla colonna cervicale (la velocità è così elevata che un tempo si credeva raggiungesse i 360 ). Gli occhi sono frontali e la visione è binoculare, un aspetto tipico dei predatori (British Journal of Opthamology, Sept issue).

16 Gli uccelli migratori VEDONO il nord magnetico Le Scienze L'evidenza supporta fortemente l'ipotesi che gli uccelli migratori siano in grado di "vedere" il nord magnetico. È stato individuato un legame anatomico tra la retina e l area nervosa deputata all'orientamento (chiamata Cluster N) la sola che si attiva durante la navigazione in volo. (Foto: beccafico, Sylvia borin, David Nowell.)

17 Precedenti studi avevano già supposto che il campo magnetico terrestre potesse agire sulla sensibilità degli occhi dei volatili grazie alla presenza, nella loro retina, di un gran numero di criptocromi. I criptocromi controllano anche il ritmo circadiano, inclusa la produzione di melatonina, grazie alla loro capacità di assorbire la luce blu. Quindi la stessa molecola che controlla l orologio biologico è responsabile della capacità di navigare degli uccelli. Si ipotizza che grazie ai criptocromi posti dietro gli occhi gli uccelli siano in grado letteralmente di vedere i campi magnetici. Tali fotorecettori generano le cosiddette coppie radicaliche, strutture elettroniche sensibili ai campi magnetici, che permetterebbero agli uccelli di percepire questi ultimi come vere e proprie sensazioni visive. 17

18 Campo visivo circa 150 totali 85 binoculare fino a 350 totale 65 binoculare Cani e gatti possono vedere per circa 150 intorno al proprio naso. Il cavallo fino a 350, con ampi campi laterali, utili per avvistare potenziali predatori. La visione binoculare (stereoscopica), si ha quando i campi visivi dei due occhi si sovrappongono. Nella visione binoculare la percezione della profondità è migliore e anche la visione. Cani e gatti hanno un campo visivo binoculare di 85, il cavallo circa 65, l uomo 120.

19 Non tutti gli animali utizzano la visione tridimensionale Molti pesci preferiscono guardare intorno piuttosto che stimare l esatta distanza del predatore (i campi visivi non si sovrappongono) Gli scimpanzé hanno bisogno di mettere bene a fuoco la distanza di un ramo prima di saltare dal un albero all altro (la visione stereoscopica è un must anche per molte scimmie) Gli occhi tuttavia possono stimare la distanza anche in modo focale, come una macchina fotografica, per rendere più nitidi I dettagli. Il modo in cui l occhio accomoda viene usato dal cervello per stimare la distanza dell oggetto. Questo modo focale tuttavia non è accurato quanto la visione sterescopica

20 SENSIBILITÀ ALLA LUCE Gatti e cani possono adattare la visione a condizioni di scarsa luminosità La pupilla può dilatarsi notevolmente, inoltre c è il tappeto lucido, che permette alla retina di avere una doppia possibilità di catturare i fotoni Il tappeto lucido del gatto riflette la luce 130 volte di più rispetto alla visione dell occhio umano Cani e soprattuto gatti possono anche vedere in condizioni di scarsa visibilità rispetto all uomo

21 Fotorecettori

22 Fotorecettori Coni Più abbondanti intorno alla fovera e al centro della retina Meno attivi in condizioni di luce scarsa Visione cromatica (diurna) Visione dettagliata: ciascun cono (o pochi coni) converge in modo indipendente sul SNC Bastoncelli Assenti nella fovea, sono i recettori più numerosi Vengono stimolati da luci deboli Non molto utili nella viisone diurna (vengono inibiti dalla luce forte) Scarsa acuità (no visione dettagliata)

23 fototrasduzione I coni contengono i fotopigmenti opsina e retinale (quest ultimo derivato della vitamina A) I pigmenti sono stabili al buio: cisretinale Quando il cis-retinale è attivato dalla luce, cambia la propria conformazione in trans-retinale, con produzione di energia Si produce una scissione dell opsina che va ad attivare una proteina G (transducina) Il segnale generato viene trasmesso sulla via nervosa

24 Visione dei colori Come fanno i coni a discriminare i colori? Dipende dal tipo o dai tipi di coni attivati e dal confronto della loro attivazione Nel sistema visivo umano, la lunghezza d onda più corta nel range visibile è circa 350 nm e viene percepita come viola (purple) 350nm

25 Spettro elettromagnetico

26 Visione Tri-cromatica (teoria di Young-Helmholts) Tre classi di coni: ogni tipo risponde ad uno spettro della luce visibile (es.: blu, verde, rosso) Nonostante questo, riusciamo a discriminare tutti i colori dello spettro visibile Ciò è possibile perché un determinato colore va ad attivare un certo tipo di cono in una certa %, e in una altra percentuale un altro cono. Così quello che ad es. chiamiamo giallo è in realtà una lunghezza d onda che stimola al 65% i coni rossi, al 20% i coni verdi e 0% i coni blu. Così attraverso queste combinazioni è possibile vedere tutti i colori dello spettro

27 Gli uccelli hanno un ottima visione dei colori, probabilmente dovuta alla presenza di 4-5 fotopigmenti, contro i tre pigmenti dei coni dei primati. L evidenza della visione tetra- o penta-cromatica negli uccelli viene da analisi delle proprietà chimiche dei pigmenti visivi e di discriminazione comportamentale. I piccioni possono discriminare lunghezze d onda verso l UV.

28 Teoria retinex Serve per spiegare un fenomeno non spiegato dalla teoria tricromatica, LA COSTANZA DEL COLORE Capacità di riconoscere un colore anche in penombra La corteccia confronta le informazioni provenienti da diverse parti della retina per percepire la luminosità e il colore poi sottrae un colore inutile da ogni oggetto per determinare il colore reale la percezione del colore nero, secondo questa teoria, risulterebbe dal confronto effettuato dalla corteccia tra le aree più scure e quelle più luminose

29 Campi recettivi il campo visivo è la parte del mondo che cade ogni momento sotto lo sguardo dei due occhi tuttavia un singolo neurone risponderà solo ad una piccola regione del campo visivo questa piccola regione rappresenta il campo recettivo di quel neurone i campi recettivi sono abbastanza complessi e possono dare informazioni circa il bordo di un oggetto (dove termina un oggetto e comincia un altro)

30 Innervazione iride