Dipartimento di Scienze Chirurgiche, Rianimatorie-Riabilitative e dei Trapianti d’Organo Clinica Oculistica Università degli Studi di Pavia Fondazione I.R.C.C.S., Policlinico “S. Matteo”, Pavia (Direttore: Prof. P.E.Bianchi)

Lo sviluppo della funzione visiva CORSO DI AGGIORNAMENTO TEORICO PRATICO DI OFTALMOLOGIA PEDIATRICA Lo sviluppo della funzione visiva P.E. Bianchi In collaborazione con: C. Bertone, A. Bianchi, R. Ruberto, R.Guagliano Catania 16-17 Marzo 2007

La formazione del sistema nervoso durante lo sviluppo consiste nel generare i diversi tipi di neuroni a partire da un tessuto proliferativo indifferenziato e nel posizionarli appropriatamente nei circuiti (Gilbert S.: “Developmental biology” 1994)

Where and What Sistema Y/magnocellulare: where Cellule grandi, conduzione veloce dello stimolo, non discrimina i colori, discrimina la forma in movimento. Sistema X/parvocellulare: what Cellule piccole, conduzione più lenta dello stimolo, discrimina i colori e la forma.

il sistema magnocellulare è filogeneticamente più antico nelle specie più evolute il sistema parvocellulare è prevalente e appare più sviluppato

Variazione delle dimensioni del cervello nella scala evolutiva: Pesci Anfibi Uccelli Mammiferi Gatto Uomo

Il sistema magnocellulare e parvocellulare operano con fini meccanismi antagonisti che vedono comunque prevalere un effetto inibitorio del secondo sul primo

nella specie umana il completo sviluppo delle varie funzioni viene raggiunto più tardi rispetto alle altre

sviluppo prenatale: fattori genetici maturazione postnatale: fattori genetici + fattori ambientali

alla nascita la corteccia visiva dei mammiferi è immatura sia anatomicamente che funzionalmente nei primi mesi di vita l'influenza ambientale regola una maturazione strutturale geneticamente predeterminata lo sviluppo dipende dall’esperienza visiva acquisita in un breve periodo plastico: “periodo critico” l’esperienza visiva modula il livello e la conformazione dell’attività neuronale

l’esperienza visiva ha un ruolo strutturante nello sviluppo della visione

Aspetti anatomo funzionali l'occhio del neonato è più piccolo (16mm. vs 24mm.) l’apparato diottrico è già maturo per una corretta refrazione e focalizzazione  vi è armonia tra variazioni refrattive (cornea e lente) e allungamento assiale

Retina l’area della retina alla nascita è la metà di quella dell’adulto (si estende assottigliandosi) la retina e la fovea sono immature (coni foveali corti, tozzi e meno compatti) da 0 a 4 anni l’area della fovea si dimezza, il numero dei coni resta costante e la loro densità raddoppia dopo i 4 anni si assiste ad una migrazione di elementi cellulari verso la fovea, che raddoppieranno il loro numero

Sviluppo della fovea e dei coni la foveola, costituita prevalentemente da coni, si assottiglia (depressione centrale), mentre la periferia si ispessisce le caratteristische strutturali e morfologiche dei coni alla nascita (scarsa densità, ridotto sviluppo dell’articolo interno e del piede sinaptico) giustificano lo scarso potere discriminativo della retina centrale e il dominio della retina periferica.

Cellule ganglionari Le cellule ganglionari e le fibre del nervo ottico sono più numerose nel feto che nel neonato (4.500.000 vs 1.200.000 cellule) (competizione nutrizionale) I campi recettivi delle ganglionari sono più ampi e con minor antagonismo tra zone on-off Le cellule X maturano prima delle Y La mielinizzazione si completa tra i sei mesi ed i due anni

fovealizzazione + maturazione vie visive superiori tra il 1°-2° mese differenziazione foveale dominio funzionale del centro sulla periferia completo sviluppo della fovea tra il 3°-4° anno di vita fovealizzazione + maturazione vie visive superiori = sviluppo visione fine

il CGL: dimensioni circa 50% inferiori a quello dell'adulto appena riconoscibile la struttura laminare (già presente nel feto di 24 sett.) le fibre controlaterali sono più precoci delle ipsilaterali più precoce differenziazione del sistema parvocellulare/X rispetto al magnocellulare/Y aumento del volume del corpo del neurone, della lunghezza e dell'apertura dell'albero dendritico nei primi mesi

immaturità cellulare: irregolarità del diametro dei dendriti presenza sui dendriti e sul corpo cellulare di "spine" o "peli“ aumentano nei primi tre mesi e gradualmente scompaiono al 9° mese l'efflorescenza delle spine corrisponde alla sinaptogenesi corticale

La corteccia visiva:  volume: aumenta di quattro volte e si stabilizza al quarto-sesto mese aspetto: nel prematuro polo occipitale liscio, scissure appena riconoscibili nel neonato già visibili numerose circonvoluzioni istologicamente la popolazione neuronale alla nascita è di 90.000 unità/mm3, scende a 40.000 a quattro mesi e si stabilzza sui 35.000

Sviluppo del cervello dell’uomo

nella vita fetale le connessioni tra CGL e corteccia visiva sono sovrapposte tutte le cellule corticali visive sono binoculari dalla nascita, attraverso fenomeni competitivi legati alla visione, inizia il processo della “segregazione” le cellule si aggregano in colonne più responsive allo stimolo di un occhio rispetto all’altro

fenomeno della “sinaptogenesi” i contatti interneuronali fenomeno della “sinaptogenesi” massima densità sinaptica intorno all'ottavo mese (“esplosione sinaptica”) graduale riduzione sinaptica fino agli undici anni perdita sinaptica del 60% del valore massimo (= densità dell'adulto)

"potatura della ridondanza sinaptica" fenomeno della: "potatura della ridondanza sinaptica" (competizione legata all’esperienza sensoriale) estrema plasticità del sistema visivo naturale predisposizione alla selezione di canali preferenziali  fenomeni di adattamento degli schemi geneticamente predeterminati

condizionamenti ambientali indotti dall'esperienza visiva perdita di connessioni sinaptiche non utili o non utilizzate nascita delle colonne di dominanza oculare

Foglietti di dominanza Colonne d’orientamento

la progressiva contrazione sinaptica giustifica strutturalmente la graduale perdita di plasticità del sistema visivo nell'età evolutiva

ricordiamo il neonato utilizza vie interamente crociate e sottocorticali (immaturità della fovea e permanere di fibre crociate dalla retina temporale, animali inferiori) ogni occhio è sintonizzato in una direzione l'occhio sinistro è in grado di seguire un oggetto che si muove verso destra temporo-nasalmente, ma non verso sinistra naso-temporalmente: asimmetria del NOC (nella EEI: netto ritardo nella comparsa del NOC nasotemporale) 

immaturità delle interconnessioni tra: - corteccia e il CGL - corteccia e sistema mesencefalico inadeguate afferenze di controllo cortico-collicolari possibilità di utilizzare la via visiva retino-tettale

il neonato è in grado di percepire stimoli mal definiti: che eccitano la periferia retinica che evocano movimenti riflessi saccadici finalizzati a localizzare (Where) senza una sufficiente analisi del messaggio visivo (What) con il predominio di riflessi motori posturali e vestibolari

  aspetti funzionali  La fissazione, anche se instabile, è già presente alla nascita.      

tra 0-4 mesi (periodo critico di Drummond=17 sett.) si sviluppano: le principali funzioni monoculari e binoculari sia sensoriali che motorie   i movimenti orizzontali rapidi (saccadi) la convergenza l’accomodazione

tra 2-6 mesi si perfezionano:    i movimenti coniugati    i movimenti di stabilizzazione delle immagini sulla fovea (fissazione, inseguimento lento, etc.)    il riflesso della fusione   si completa la visione binoculare singola

Tra il secondo ed il terzo mese la curva di sensibilità al contrasto è simile a quella dell’adulto Già a tre mesi il bambino sembra avere una forma di visione cromatica, anche se gli studi sono molto contraddittori

l'acutezza visiva è approssimativamente quantificabile fin dalle prime settimane di vita con lo studio delle risposte: riflesse (N.O.C.) elettrofisiologiche (P.E.V.) comportamentali (scelta di sguardo preferenziale)

con il metodo della visione preferenziale -1/40 nel neonato -1/10 a 3 mesi -10/10 a 3-5 anni   con i PEV al 6° mese l'acutezza visiva è simile a quella dell'adulto

la visione binoculare La prima integrazione binoculare avviene nell’area V1, e in particolare al di fuori dello strato IVc, e nella maggior parte delle altre aree visive

Via della stereopsi fine: campi recettivi foveali del sistema X  neuroni parvocellulari del CGL  aree corticali specifiche   Via della stereopsi grossolana: aree retiniche paracentrali e periferiche  neuroni magnocellulari del CGL  aree corticali differenti

 Le vie per la vergenza fusionale originano da aree parafoveali e periferiche  via magnocellulare  corteccia striata.   Qui gli stimoli provenienti da punti retinici corrispondenti convergono verso la stessa cellula, a costituire il supporto anatomo-funzionale della fusione sensoriale.

la stereoacutezza compare al terzo mese e raggiunge valori elevati (1min. arc) al sesto mese e 40 sec.arc. a 4-5 anni

nell’uomo la stabilizzazione avviene attorno agli 8-9 anni

in conclusione: “lo sviluppo anatomo-funzionale della visione è un processo che dipende dall’esperienza visiva e che avviene seguendo dei meccanismi competitivi controllati dall’attività neuronale indotta dallo stimolo visivo”

afferenze sensoriali adeguate e corrette sono il supporto per un armonico e regolare sviluppo del sistema visivo se inadeguate o alterate sono responsabili di deficit sensoriali più o meno gravi ai quali corrisponde un disordine citologico ed architettonico delle vie visive di differente entità

Ambliopia amblus (ottuso)   ambleia (una vista debole)

Grazie per l'attenzione