A livello molecolare, i segnali visivi innescano trasformazioni nelle molecole del fotopigmento, con conseguenti cambiamenti nel potenziale di membrana della cellula fotorecettrice. Il livello di energia del fotone è indicato dalla sua lunghezza d’onda, con ogni specifica lunghezza d’onda della luce visibile associata a un colore distinto. La gamma spettrale della luce visibile, classificata come radiazione elettromagnetica, va da 380 a 720 nm. Le lunghezze d’onda delle radiazioni elettromagnetiche superiori a 720 nm rientrano nella categoria degli infrarossi, mentre quelle inferiori a 380 nm sono classificate come radiazioni ultraviolette. La luce blu corrisponde a una lunghezza d’onda di 380 nm, mentre la luce rossa scura corrisponde a una lunghezza d’onda di 720 nm. Altri colori si trovano in punti variabili all’interno di questo spettro di lunghezze d’onda, dal rosso al blu.
I pigmenti opsina, infatti, sono proteine transmembrana integrate con un cofattore chiamato retinale. Questo retinale è un costituente della vitamina A e una molecola di idrocarburi. La significativa alterazione biochimica nell’estesa catena idrocarburica della molecola retinica viene innescata quando un fotone la colpisce. Questo processo specifico, noto come fotoisomerizzazione, fa passare alcuni dei carboni a doppio legame all’interno della catena da una configurazione cis a una trans a causa dell’interazione dei fotoni. Prima dell’interazione con i fotoni, i carboni flessibili a doppio legame della retina si trovano nella conformazione cis, portando alla formazione di una molecola nota come 11-cis-retinale. I carboni a doppio legame assumono la trans-conformazione quando un fotone colpisce la molecola, formando un all-trans-retinale caratterizzato da una catena idrocarburica diritta.
Il processo di trasduzione visiva all’interno della retina inizia con l’alterazione della struttura retinica nei fotorecettori. Questo porta all’attivazione delle proteine retiniche e dell’opsina, che stimolano una proteina G. La proteina G attivata modifica quindi il potenziale di membrana della cellula fotorecettrice, causando una diminuzione del rilascio di neurotrasmettitori nello strato sinaptico esterno della retina. Questo stato continua fino a quando la molecola retinica ritorna alla sua forma originale, la forma 11-cis-retinica, un processo noto come sbiancamento. Se una quantità sostanziale di fotopigmenti subisce uno sbiancamento, la retina trasmette i dati come se venissero ricevuti input visivi contrastanti. Le immagini residue, tipicamente osservate come immagini di tipo negativo, sono un evento comune dopo l’esposizione a un intenso lampo di luce. Una serie di alterazioni enzimatiche facilitano il processo di inversione della fotoisomerizzazione, consentendo così la riattivazione della retina in risposta all’energia luminosa aggiuntiva.
Le opsine mostrano una sensibilità specifica a particolari lunghezze d’onda della luce. Il fotopigmento a bastoncello, la rodopsina, mostra una sensibilità di picco alla luce che ha una lunghezza d’onda di 498 nm. D’altra parte, tre opsine di colore rispondono in modo ottimale alle lunghezze d’onda di 564 nm, 534 nm e 420 nm, che si allineano approssimativamente con i colori primari: rosso, verde e blu. La rodopsina presente nei bastoncelli dimostra una maggiore sensibilità alla luce rispetto alle opsine a cono; Ciò significa che i bastoncelli contribuiscono alla visione in condizioni di scarsa illuminazione, mentre i coni contribuiscono in condizioni di maggiore luminosità. Alla luce solare normale, la rodopsina viene continuamente sbiancata e i coni rimangono attivi. Al contrario, in una stanza scarsamente illuminata, l’intensità della luce è insufficiente a stimolare le opsine dei coni, rendendo la visione completamente dipendente dai bastoncelli. Infatti, i bastoncelli hanno una sensibilità alla luce così elevata che un fotone solitario può innescare un potenziale d’azione nel corrispondente RGC di un bastoncelli.
Le opsine dei coni, differenziate per la loro sensibilità a lunghezze d’onda luminose distinte, forniscono la capacità di percepire il colore. Analizzando le risposte dei tre tipi di coni unici, il nostro cervello distilla i dati di colore da ciò che vediamo. Si consideri, ad esempio, una luce blu brillante con una lunghezza d’onda vicina a 450 nm. Ciò causerebbe una stimolazione minima dei coni “rossi”, una leggera attivazione dei coni “verdi” e una stimolazione significativa dei coni “blu”. Il cervello calcola questa attivazione differenziale dei coni e interpreta il colore come blu. Tuttavia, in condizioni di scarsa illuminazione, i coni sono inefficaci e i bastoncelli, che non possono distinguere il colore, dominano. Di conseguenza, la nostra visione in condizioni di scarsa illuminazione è essenzialmente monocromatica, il che significa che tutto appare in varie tonalità di grigio in una stanza buia.
Alcuni disturbi oculari comuni:
Il daltonismo, clinicamente noto come acromatopsia, è una condizione caratterizzata da una carenza nel distinguere i colori. Questo disturbo di solito deriva da un difetto ereditario nei coni della retina (cellule sensibili alla luce). I sintomi possono includere difficoltà a distinguere tra colori o sfumature di colori.
La cecità notturna, indicata dal punto di vista medico come nictalopia o emeralopia, è un disturbo che colpisce la capacità di un individuo di vedere in condizioni di scarsa illuminazione o di notte. Le cause possono variare dalla carenza di vitamina A a malattie sottostanti come la retinite pigmentosa. Gli individui con questo disturbo hanno difficoltà con la visione notturna o l’adattamento a un’illuminazione fioca.
La cataratta, un disturbo oculare comune soprattutto tra gli anziani, è caratterizzata dall’opacizzazione del cristallino normalmente trasparente. Ciò può causare una visione offuscata, simile a guardare attraverso una finestra appannata. La maggior parte della cataratta si sviluppa lentamente nel tempo e può eventualmente interferire con la vista.
Il glaucoma è un’altra grave condizione oculare in cui il nervo ottico, che invia immagini al cervello, viene danneggiato a causa dell’aumento della pressione nell’occhio. Può portare alla perdita della vista se non trattata. Il tipo più comune di glaucoma, il glaucoma ad angolo aperto, spesso non ha sintomi diversi dalla graduale perdita della vista.
