Scienze · 3ª media · Lezione 4 di 5

La vista, l’udito e l’equilibrio

Scoprire come gli organi di senso trasformano gli stimoli in segnali per il cervello: recettori e percezione, la vista (l’occhio, la messa a fuoco, coni e bastoncelli, i due occhi), l’udito e l’equilibrio.

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Teoria in pillole

Gli organi di senso sono gli occhi, le orecchie, il naso, la lingua e la pelle. Raccolgono le informazioni dell’ambiente e del corpo con i recettori sensoriali, cellule specializzate: ogni tipo di recettore è specializzato per un tipo di stimolo. Un recettore non vede e non sente: trasforma lo stimolo in un segnale elettrico. Il segnale viaggia lungo i nervi fino all’encefalo, e lì il cervello lo interpreta: questa interpretazione si chiama percezione. Anche l’equilibrio è un senso, e si trova nell’orecchio: i sensi non sono solo cinque. Questa lezione parte dal percorso comune a tutti i sensi e poi segue la vista, l’udito e l’equilibrio. Gusto, olfatto e tatto sono nella lezione successiva.

Dallo stimolo alla percezione

Quasi ogni senso segue lo stesso percorso (olfatto ed equilibrio fanno eccezione). Lo stimolo (la luce, un suono, le molecole di una sostanza, un contatto) raggiunge un recettore. Il recettore lo trasforma in un segnale elettrico. Il segnale viaggia lungo un nervo fino al talamo, due masse di materia grigia al centro dell’encefalo, che lo smista verso l’area giusta della corteccia. È la corteccia a interpretarlo.

i cinque cerchi colorati, da sinistra a destra, sono i cinque tipi di recettori, uno per ogni tipo di stimolo. I fotocettori (o fotorecettori, viola) sono i recettori della luce, negli occhi. I meccanocettori (verdi) sono i recettori del contatto, della pressione e delle vibrazioni, in tutto il corpo e nell’orecchio. I chemiocettori (arancioni) sono i recettori delle sostanze chimiche, nel naso e sulla lingua. I termocettori (magenta) sono i recettori del caldo e del freddo, soprattutto nella pelle. I nocicettori (ocra) sono i recettori del dolore, in tutto il corpo. Le eccezioni allo schema sono due: l’olfatto arriva alla corteccia senza passare dal talamo, e i segnali dell’equilibrio vanno al tronco encefalico e al cervelletto.

La vista: l’occhio

Vediamo la luce riflessa dagli oggetti che entra negli occhi. Ogni occhio è un bulbo oculare di circa 2,5 cm, protetto dall’orbita, dalle palpebre, dalle ciglia e dalle sopracciglia. La luce attraversa la cornea, trasparente, poi la pupilla, che è il foro al centro dell’iride, poi il cristallino e il corpo vitreo. Arriva così sulla retina, sul fondo dell’occhio, dove i fotocettori trasformano la luce in segnali elettrici. Il nervo ottico li porta al cervello.

la sclera è la parte bianca e robusta che avvolge l’occhio e sul davanti continua nella cornea. La cornea devia già gran parte della luce; il cristallino, una lente trasparente ed elastica dietro l’iride, fa la regolazione fine. L’iride è l’anello colorato che allarga o stringe la pupilla: con tanta luce la stringe, al buio la allarga. L’umor acqueo è un liquido limpido davanti e dietro l’iride. Il corpo vitreo è la gelatina trasparente che riempie l’occhio dietro il cristallino. Sotto la sclera c’è la coroide, ricca di vasi sanguigni, e poi la retina. La fovea è la zona della vista più nitida, al centro della retina, di fronte alla pupilla. Dove il nervo ottico esce dall’occhio non ci sono fotocettori: è il punto cieco, ma il cervello riempie il buco e non te ne accorgi. Il disegno è il modello 3D dell’occhio sinistro, tagliato a metà.

Mettere a fuoco: miopia e ipermetropia

Per vedere nitido, la luce di un oggetto deve mettersi a fuoco proprio sulla retina. Se l’oggetto è vicino, il cristallino diventa più bombato; se è lontano, più piatto. Nella miopia l’occhio è un po’ troppo lungo: il fuoco degli oggetti lontani cade davanti alla retina e si vedono male da lontano. Nell’ipermetropia l’occhio è un po’ troppo corto: il fuoco cadrebbe dietro la retina. Da giovani il cristallino rimedia bombandosi, così da lontano si vede bene, ma il cristallino lavora sempre. Da vicino deve bombarsi ancora di più: dopo un po’ si stanca, e gli oggetti vicini si vedono male.

gli occhiali spostano il fuoco sulla retina: una lente divergente per il miope, una lente convergente per l’ipermetrope. L’astigmatismo dà immagini sfocate. Con l’età il cristallino diventa meno elastico, e da adulti molti hanno bisogno degli occhiali per leggere. Il disegno è uno schema con un oggetto lontano, i cui raggi arrivano paralleli, e il cristallino a riposo. Nel disegno cornea e cristallino sono una lente sola.

La retina: coni e bastoncelli

I fotocettori della retina sono di due tipi. I bastoncelli funzionano anche con pochissima luce, ma non distinguono i colori: danno il bianco, il nero e i grigi. I coni hanno bisogno di luce e servono per i colori. Ci sono tre tipi di coni, che rispondono meglio al rosso, al verde o al blu: dal confronto fra i tre il cervello ricava tutti i colori.

in ogni occhio ci sono più di 100 milioni di bastoncelli e circa 6 milioni di coni. Nella fovea ci sono soltanto coni, fittissimi. I bastoncelli stanno intorno alla fovea, in tutto il resto della retina, e sono molto più numerosi. La luce attraversa le fibre e gli altri strati della retina prima di arrivare ai fotorecettori. La fovea è una piccola fossetta: lì gli strati interni si spostano di lato e la luce arriva quasi direttamente ai coni. Se un tipo di cono manca o lavora poco, si confondono alcuni colori, di solito il rosso e il verde: è il daltonismo. Il disegno mostra un pezzetto di retina, con meno cellule di quelle vere e con le proporzioni prese dal modello.

Vedere con due occhi

Le pupille distano circa 6 cm, quindi ogni occhio guarda la scena da un punto un po’ diverso e manda al cervello un’immagine un po’ diversa. Il cervello confronta le due immagini e ricava la profondità, cioè quanto è lontano un oggetto. Questa è la visione stereoscopica.

con un occhio solo è più difficile capire le distanze: prova a infilare un anello su un’asta con un occhio chiuso. Il disegno è una pianta vista dall’alto e non è in scala: nella realtà l’oggetto e lo sfondo sono molto più lontani, rispetto alla distanza fra gli occhi.

L’udito: l’orecchio

I suoni sono onde meccaniche, cioè vibrazioni che viaggiano in un mezzo come l’aria. L’orecchio ha tre parti. L’orecchio esterno è formato dal padiglione, di cartilagine, e dal condotto uditivo, che porta le onde al timpano, il confine fra orecchio esterno e orecchio medio. Il timpano, una membrana sottile, vibra alla stessa frequenza dell’onda e passa la vibrazione ai tre ossicini, martello, incudine e staffa, nella cassa timpanica dell’orecchio medio. L’orecchio interno, scavato nell’osso, contiene la coclea (o chiocciola), una cavità a spirale piena di liquido: la staffa fa vibrare il liquido, e il liquido piega le ciglia delle cellule ciliate. Le cellule ciliate sono i recettori dell’udito (meccanocettori) e mandano i segnali al nervo acustico.

gli ossicini passano la vibrazione alla coclea e la rendono più forte. La tromba di Eustachio collega l’orecchio medio alla gola e rende uguale la pressione dell’aria sui due lati del timpano. Il nervo acustico e il nervo vestibolare sono i due rami dell’VIII paio di nervi cranici (vestibolococleare). Il nervo acustico porta i segnali al talamo e poi all’area uditiva (lobo temporale). I suoni acuti fanno vibrare soprattutto l’inizio della spirale, quelli gravi la punta. Udiamo da circa 20 a 20 000 Hz (hertz, vibrazioni al secondo). Il disegno è una sezione frontale dell’orecchio sinistro, presa dal modello 3D.

L’equilibrio

Nell’orecchio interno c’è anche l’organo dell’equilibrio. I canali semicircolari sono tre tubicini ad arco, pieni di liquido, disposti nelle tre direzioni dello spazio: sentono le rotazioni della testa (dire di no, dire di sì, piegare la testa verso la spalla). Quando giri la testa il liquido resta un po’ indietro e piega le ciglia delle cellule ciliate. Il vestibolo è la piccola camera fra la coclea e i canali. Contiene cellule ciliate coperte da una gelatina con minuscoli cristalli di calcio, gli otoliti. Gli otoliti pesano: quando inclini la testa, o il corpo accelera in linea retta (in ascensore, quando un’auto parte o frena), spostano la gelatina e piegano le ciglia. Così le cellule ciliate sentono l’inclinazione e le accelerazioni.

il nervo vestibolare porta i segnali dell’equilibrio al tronco encefalico e al cervelletto, che regolano i muscoli e gli occhi: resti in piedi e continui a vedere fermo il mondo mentre ti muovi. Dopo una giostra il liquido dei canali continua a muoversi per qualche istante, anche se ti sei fermato: per questo ti sembra che tutto giri. Canali e vestibolo sono nel disegno dell’orecchio qui sopra.

Dal sole al buio. Entri in una stanza buia: le pupille si allargano; al sole si stringono. Sono riflessi dell’iride e non li decidi tu. La pupilla si stringe in fretta (circa mezzo secondo) e si allarga più lentamente (qualche secondo). Abituarsi al buio è un altro fenomeno, molto più lento: servono circa 20-30 minuti. Provalo nei laboratori «La pupilla» e «Al buio» della simulazione.
Di notte i colori spariscono. Con pochissima luce lavorano soprattutto i bastoncelli e vedi in grigi. Per vedere meglio una stella debole conviene guardare un po’ di lato: nella fovea, che guarda dritto, ci sono soltanto coni. Lo vedi nel laboratorio «Al buio».
Le orecchie tappate. In aereo o in galleria la pressione dell’aria fuori dall’orecchio cambia e il timpano si piega. Deglutendo o sbadigliando si apre la tromba di Eustachio e la pressione torna uguale sui due lati. Provalo nel laboratorio «Orecchie tappate».
Il volume troppo alto. Un rumore forte per molto tempo, come la musica alta negli auricolari, in discoteca o a un concerto, piega le ciglia delle cellule ciliate fino a romperle, e non ricrescono. Sono a rischio le esposizioni lunghe sopra gli 85 dB (decibel, l’unità del volume). Il timpano si può rompere, ma con un rumore improvviso e fortissimo, come un’esplosione. Lo vedi nel laboratorio «Il viaggio del suono».

I recettori non interpretano: ricevono lo stimolo e lo trasformano in un segnale elettrico. A interpretare, cioè a farti vedere, sentire o gustare, è il cervello. E dagli occhi non esce niente: la luce entra. La pupilla non è un oggetto nero ma il foro al centro dell’iride. Sulla retina l’immagine è capovolta, ma al cervello arrivano segnali: il cervello costruisce l’immagine e tu vedi il mondo dritto.

Il padiglione è solo l’inizio dell’orecchio. La musica alta danneggia soprattutto le cellule ciliate della coclea, non il timpano. Gli otoliti stanno nel vestibolo, non nei canali semicircolari.

La mappa

La lezione in un colpo d’occhio: parti dal centro e segui i rami.

Mappa mentale: La vista, l’udito e l’equilibrio

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Simulazioni

Gli organi di senso 3D: esplora occhio e orecchio in tre dimensioni, segui la luce e il suono dal recettore al cervello e prova i laboratori della vista e dell’udito (la pupilla, il fuoco, il buio, i due occhi, il suono, le orecchie tappate, la giostra).

Domande

Al cinema, appena si spengono le luci, per qualche istante non vedi quasi niente; dopo un po’ cominci a distinguere le poltrone. Che cosa è successo?
- A Le pupille si sono strette, così l’occhio si protegge dal buio
- B I coni sono diventati più sensibili e ora vedono i colori anche al buio
- C Le pupille si sono allargate e ora lavorano soprattutto i bastoncelli, che funzionano con poca luce
- D Il cristallino si è appiattito e la retina ha raddrizzato l’immagine
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Risposta giusta: C. Le pupille si sono allargate e ora lavorano soprattutto i bastoncelli, che funzionano con poca luce
Al buio la pupilla si allarga e lascia entrare più luce. Con poca luce i coni lavorano poco e lavorano soprattutto i bastoncelli, che non distinguono i colori: per questo vedi in grigi. Abituarsi davvero al buio richiede molti minuti, circa 20-30. Le pupille si stringono con tanta luce, non al buio; il cristallino cambia forma per mettere a fuoco, non per adattarsi alla luce; e la retina non raddrizza niente: manda segnali, e l’immagine dritta la costruisce il cervello.
Il semaforo diventa verde e tu lo vedi. Quale frase descrive bene che cosa è successo?
- A Il cristallino ha colorato di verde la luce, e il nervo ottico l’ha portata così com’era fino alla corteccia
- B I coni hanno trasformato la luce in segnali elettrici, e la corteccia li ha interpretati come verde
- C I coni hanno riconosciuto il verde e hanno mandato al cervello l’immagine già colorata
- D La luce verde è arrivata alla corteccia passando dalla pupilla, senza bisogno di recettori
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Risposta giusta: B. I coni hanno trasformato la luce in segnali elettrici, e la corteccia li ha interpretati come verde
La luce attraversa cornea, pupilla e cristallino e arriva sulla retina. Lì i coni, che sono fotocettori, la trasformano in segnali elettrici: non riconoscono il colore. Il nervo ottico porta i segnali al talamo, che li smista verso l’area visiva della corteccia: è la corteccia a interpretarli, e solo allora vedi il verde. Il cristallino mette a fuoco la luce, non la colora; e senza recettori nessuno stimolo diventa un segnale.
Un lettore vede sfocato da lontano e nitido da vicino. Che difetto ha e quale lente lo aiuta?
- A Ipermetropia, con una lente convergente
- B Ipermetropia, con una lente divergente
- C Miopia, con una lente divergente
- D Miopia, con una lente convergente
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Risposta giusta: C. Miopia, con una lente divergente
Chi vede male da lontano è miope: l’occhio è un po’ troppo lungo e il fuoco degli oggetti lontani cade davanti alla retina. Una lente divergente sposta il fuoco indietro, sulla retina. L’ipermetrope vede male da vicino, perché l’occhio è un po’ troppo corto e il fuoco cadrebbe dietro la retina: per lui serve una lente convergente, che porta il fuoco in avanti.
Un ragazzo ipermetrope vede bene la lavagna, ma dopo mezz’ora di lettura gli fanno male gli occhi e le righe si sfocano. Perché?
- A Il suo occhio è un po’ corto: il cristallino deve bombarsi già da lontano, e da vicino non ce la fa a lungo
- B Il suo occhio è un po’ lungo: da vicino il fuoco cade davanti alla retina
- C Leggendo, la pupilla si allarga troppo e lascia entrare troppa luce
- D Da vicino lavorano solo i bastoncelli, che si stancano in fretta
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Risposta giusta: A. Il suo occhio è un po’ corto: il cristallino deve bombarsi già da lontano, e da vicino non ce la fa a lungo
Nell’occhio ipermetrope, un po’ troppo corto, il fuoco cadrebbe dietro la retina. Da giovani il cristallino rimedia bombandosi: da lontano ce la fa, ma lavora sempre. Da vicino dovrebbe bombarsi ancora di più, e dopo un po’ non ci riesce: le righe si sfocano e gli occhi si stancano. Una lente convergente gli toglie la fatica. L’occhio lungo è quello miope; la pupilla regola quanta luce entra, non il fuoco; e con la luce per leggere lavorano i coni.
Un compagno confonde alcune matite rosse e verdi, ma vede benissimo le forme e i dettagli. Che cosa succede nella sua retina?
- A Gli mancano i bastoncelli, che servono per i colori
- B La sua fovea non ha coni, ma soltanto bastoncelli
- C Il suo cristallino non mette a fuoco il rosso e il verde
- D Un tipo di cono manca o lavora poco, e il confronto fra i tre tipi non distingue più bene rosso e verde
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Risposta giusta: D. Un tipo di cono manca o lavora poco, e il confronto fra i tre tipi non distingue più bene rosso e verde
I colori nascono dal confronto fra tre tipi di coni, che rispondono meglio al rosso, al verde e al blu. Se un tipo manca o lavora poco, alcuni colori si confondono, di solito il rosso e il verde: è il daltonismo. I bastoncelli non distinguono i colori; una fovea senza coni non darebbe i dettagli nitidi che lui vede; e il cristallino mette a fuoco la luce, non sceglie i colori.
Un compagno dice: «Il timpano è il punto dove il suono diventa un segnale elettrico». Che cosa gli rispondi?
- A Ha ragione: nel timpano ci sono i recettori dell’udito, che trasformano l’onda in segnale
- B Non ha ragione: il timpano vibra con il suono, ma il segnale elettrico nasce nella coclea, dalle cellule ciliate
- C Non ha ragione: il segnale elettrico nasce negli ossicini, quando si muovono tutti e tre insieme
- D Ha ragione: dal timpano il segnale va direttamente all’area uditiva della corteccia
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Risposta giusta: B. Non ha ragione: il timpano vibra con il suono, ma il segnale elettrico nasce nella coclea, dalle cellule ciliate
Il timpano è una membrana che vibra alla stessa frequenza dell’onda sonora e passa la vibrazione agli ossicini, che la portano alla coclea. Lì la staffa fa vibrare il liquido, e il liquido piega le ciglia delle cellule ciliate: sono loro i recettori, e solo loro trasformano il movimento in un segnale elettrico. Il segnale viaggia poi lungo il nervo acustico, il talamo e l’area uditiva.
Un ragazzo ascolta ogni giorno la musica a volume altissimo con gli auricolari. Quale danno è più probabile, a lungo andare?
- A Il timpano si buca e non se ne accorge nessuno
- B Gli ossicini si consumano e diventano sempre più piccoli
- C La tromba di Eustachio si chiude e non lascia più uscire l’aria
- D Le cellule ciliate della coclea si piegano fino a rompersi e non ricrescono
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Risposta giusta: D. Le cellule ciliate della coclea si piegano fino a rompersi e non ricrescono
Il rumore forte e prolungato (sopra gli 85 dB per molto tempo) piega troppo le ciglia delle cellule ciliate fino a romperle, e queste cellule non si rigenerano: l’udito peggiora per sempre. Il timpano si può rompere, ma con un rumore improvviso e fortissimo, come un’esplosione, non con la musica, e fa male subito; gli ossicini e la tromba di Eustachio non si consumano né si chiudono per il volume.
Scendi da una giostra che girava da un po’ e ti sembra che tutto giri ancora. Perché?
- A Il liquido dei canali semicircolari continua a muoversi per qualche istante e piega ancora le ciglia delle cellule ciliate
- B Gli otoliti restano attaccati ai canali semicircolari e li tengono in rotazione
- C Nella coclea resta la vibrazione dell’ultima musica che hai sentito
- D Gli occhi non riescono a mettere a fuoco perché la pupilla è ancora troppo larga
Vedi la risposta
Risposta giusta: A. Il liquido dei canali semicircolari continua a muoversi per qualche istante e piega ancora le ciglia delle cellule ciliate
I canali semicircolari sentono le rotazioni della testa. Quando ti fermi il liquido, che ha inerzia, continua a girare per qualche istante e piega ancora le ciglia: il cervello riceve un segnale di rotazione che non c’è più, e tutto sembra girare. Gli otoliti non stanno nei canali, ma nel vestibolo: con il loro peso piegano le ciglia delle cellule ciliate quando la testa si inclina o il corpo accelera in linea retta; la coclea serve per l’udito, non per l’equilibrio.

Palestra del capitolo

Gli esercizi sono nella palestra unica del capitolo: livelli a sblocco, correzione passo passo.

Palestra del sistema nervoso: Sette livelli, uno per blocco del capitolo: il neurone e l'impulso, il sistema nervoso centrale, il periferico, recettori e percezione, la vista, l'udito e l'equilibrio, gusto, olfatto e tatto.

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