Perché i nostri occhi impiegano così tanto tempo ad adattarsi al buio? / Why does it take our eyes so long to adjust to the dark?
Perché i nostri occhi impiegano così tanto tempo ad adattarsi al buio? / Why does it take our eyes so long to adjust to the dark?
Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa
Ecco perché è così difficile vedere quando entriamo in una stanza buia.
È buio pesto e le luci si spengono; un temporale ha causato un blackout. All'inizio è buio pesto. Ma lentamente, dopo un po', la luce della luna permette di vedere ciò che ci circonda. La luce non è cambiata; sono cambiati i tuoi occhi.
Ma perché i nostri occhi impiegano così tanto tempo ad adattarsi completamente al buio?
La questione è legata ai tipi di cellule presenti nell'occhio ed alla loro evoluzione, hanno spiegato gli esperti a Live Science.
I nostri occhi utilizzano due tipi di cellule per percepire la luce. Queste cellule, note come fotorecettori, si chiamano bastoncelli e coni, in base alla loro forma, ha spiegato Alapakkam Sampath, neuroscienziato specializzato in retina presso l'UCLA, a Live Science.
I coni sono responsabili della visione dei colori. Gli esseri umani possiedono tre tipi di cellule coniche, che rilevano la luce rossa, verde o blu. I colori che le persone possono vedere sono una miscela di rosso, verde e blu, ha spiegato Anand Swaroop, responsabile del Laboratorio di Neurobiologia, Neurodegenerazione e Riparazione presso il National Eye Institute, a Live Science.
I bastoncelli non sono in grado di distinguere i colori, ma sono molto più sensibili alla luce. Ognuno di essi è capace di rilevare un singolo fotone, ovvero una particella di luce. "Sono i bastoncelli che ci permettono di vedere in condizioni di scarsa illuminazione", ha affermato Swaroop.
La straordinaria sensibilità dei bastoncelli ha però un prezzo: una volta che ciascun bastoncello rileva un fotone, possono essere necessarie fino ad un'ora perché rigeneri la sua capacità di vedere la luce, ha spiegato a Live Science Johan Pahlberg, responsabile del gruppo di fisiologia dei fotorecettori presso il National Eye Institute.
Il composto che aiuta i bastoncelli a percepire la luce si chiama rodopsina, che deriva dalla vitamina A, ha spiegato Sampath. Una volta che ogni molecola di rodopsina assorbe la luce, si "sbianca", ovvero non è più in grado di rilevarla.
Nello specifico, la rodopsina è composta da due elementi: l'opsina ed il retinolo, ha spiegato Pahlberg. Quando la rodopsina assorbe la luce, il retinolo cambia forma, passando da curva a dritta, e si stacca dall'opsina. Questo retinolo raggiunge infine una parte dell'occhio nota come epitelio pigmentato retinico, dove può essere riparato e riacquistare la sua forma curva. A quel punto, il retinolo può tornare a legarsi all'opsina e ricombinarsi, formando una rodopsina funzionale.
Secondo Pahlberg, se tutti i bastoncelli di un occhio umano vengono sbiancati, potrebbero essere necessari dai 45 minuti ad un'ora perché si rigenerino tutti. Tuttavia, ha aggiunto, alcuni bastoncelli potrebbero rigenerarsi entro 10-15 minuti, garantendo un certo livello di visione in condizioni di scarsa illuminazione.
Bastoncelli e coni rivestono la retina, la parte posteriore del bulbo oculare. Nella maggior parte delle retine dei mammiferi, i bastoncelli sono più numerosi dei coni. "In ogni occhio umano ci sono circa 6 milioni di coni e 100 milioni di bastoncelli", ha affermato Swaroop. Sampath ha osservato che "poiché la rigenerazione dei bastoncelli richiede molto tempo, gli occhi ne hanno un numero enorme per compensare".
I coni si trovano principalmente al centro della retina, dove il cristallino dell'occhio focalizza la maggior parte della luce che riceve, mentre i bastoncelli dominano il resto della retina, ha spiegato Sampath. Questo riflette il fatto che durante il giorno ci affidiamo principalmente ai coni per la nostra vista. "I bastoncelli sono per lo più inattivi durante quel periodo", ha affermato.
L'occhio umano ha un modo più rapido per adattarsi, almeno in parte, al buio. Può dilatare la pupilla, il foro scuro nella parte anteriore dell'occhio, per far entrare più luce, ha spiegato Mark Fairchild, professore di scienza del colore al Rochester Institute of Technology di New York, in un articolo su The Conversation. Tuttavia, la stragrande maggioranza dell'adattamento dell'occhio al buio è dovuta ai suoi bastoncelli, ed il lungo tempo necessario alla loro rigenerazione spiega perché gli occhi impiegano così tanto tempo ad adattarsi completamente al buio.
Prima dell'illuminazione artificiale, gli esseri umani in genere non sperimentavano rapidi passaggi dalla luce al buio. Piuttosto, la capacità degli occhi umani di adattarsi al buio dipendeva dal tramonto del sole, che poteva richiedere all'incirca lo stesso tempo necessario alla rigenerazione dei bastoncelli. "Non c'era alcuna pressione evolutiva per un processo più rapido", ha affermato Sampath.
Secondo Pahlberg, i bastoncelli sono le cellule più vulnerabili della retina a malattie e disfunzioni. Questo è il motivo per cui gli anziani spesso hanno difficoltà a guidare di notte. "I miei colleghi stanno sviluppando un test diagnostico, da includere di routine in una visita oculistica, per misurare l'adattamento umano al buio ed osservare come cambia con l'età", ha osservato Sampath.
ENGLISH
Here's why it's so hard to see when we enter a dark room.
It's after dark, and the lights go out; a thunderstorm has knocked out your power. At first, it's pitch-black. But slowly, after a while, the light from the moon makes it possible to see your surroundings. The light didn't change; your eyes did.
But why does it take our eyes so long to fully adjust to the dark?
It has to do with the types of cells in the eye and how they evolved, experts told Live Science.
Our eyes use two kinds of cells to sense light. These cells, known as photoreceptors, are called rods and cones, based on their shapes, Alapakkam Sampath, a retinal neuroscientist at UCLA, told Live Science.
Cones are responsible for color vision. Humans possess three kinds of cone cells, which detect red, green or blue light. The colors people can see are a mix of red, green and blue, Anand Swaroop, chief of the Neurobiology Neurodegeneration & Repair Laboratory at the National Eye Institute, told Live Science.
The compound that helps rods sense light is called rhodopsin, which is derived from vitamin A, Sampath said. Once each rhodopsin molecule absorbs light, it gets "bleached," meaning it can no longer detect light.
Specifically, rhodopsin is made of two compounds: opsin and retinal, Pahlberg said. When rhodopsin absorbs light, the retinal changes from bent to straight and detaches from the opsin. This retinal eventually makes its way into a part of the eye known as the retinal pigment epithelium, where it can get repaired and resume a bent shape. This retinal can then make its way back to an opsin and reattach to create a functional rhodopsin.
If all of the rods in a human eye are bleached, it may take 45 minutes to an hour for all of them to regenerate, Pahlberg said. However, some rods may regenerate within 10 to 15 minutes to grant some level of vision in dim light, he added.
Rods and cones line the retina, the back part of the eyeball. Rods outnumber cones in most mammal retinas. "In each human eye, there are roughly 6 million cones and 100 million rods," Swaroop said. Sampath noted that "since it takes a lot of time for rods to regenerate, your eyes have a huge number of them to compensate."
Cones are found mostly in the center of the retina, where the eye's lens focuses most of the light it receives, while rods dominate the rest of the retina, Sampath explained. This reflects how during the day, we rely mostly on cone cells for our vision. "Rods are mostly not functional at all during that time," he said.
The human eye does have a quicker way to adjust somewhat to the dark. It can enlarge the pupil, the dark hole at the front of the eye, to let in more light, explained Mark Fairchild, professor of color science at the Rochester Institute of Technology in New York, in an article in The Conversation. However, the vast majority of the eye's adaptation to darkness is due to its rods, and the long amount of time it takes for rods to regenerate explains why it takes so long for eyes to fully adapt to the dark.
Before artificial lighting, humans would typically not experience quick shifts from light to dark. Instead, the ability for human eyes to adapt to the dark would have relied on the setting of the sun, which might take about the same time as rod cells take to regenerate. "There was no evolutionary pressure for it to be faster," Sampath said.
Rods are the most vulnerable cells in the retina to disease and dysfunction, Pahlberg said. This is why older adults often have trouble driving at night. "My colleagues are developing a diagnostic test as a normal part of an eye exam to measure the human adaptation to the dark to see how it changes with age," Sampath noted.
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