Corteccia Visiva: Funzioni e Struttura (Fisiologia 79)

La Corteccia Visiva: Organizzazione e Funzioni

• La corteccia visiva, in particolare l'area primaria (V1), è essenziale per elaborare le informazioni visive, scomponendole in segmenti e analizzandone l'orientamento per ricostruire forme, movimento e colore.
• Integra le informazioni provenienti dai due occhi per creare la percezione della profondità.

Struttura e Afferenze dell'Area V1

• La corteccia visiva è composta da sei strati distinti, ciascuno con un ruolo particolare.
• Lo strato molecolare è il primo strato.
• Lo strato granulare esterno, strato piramidale esterno e granulare interno (suddiviso in IVA, IVB, IVCa e IVCβ) ricevono afferenze dal talamo, in particolare IVB riceve la maggior parte delle afferenze.
• Lo strato piramidale interno ed il strato delle cellule fusiformi sono gli altri strati.
• Il talamo invia informazioni alla corteccia visiva attraverso tre canali principali: magnocellulare (M), parvicellulare (P) e interlaminare.

Elaborazione delle Informazioni negli Strati Corticali

• Le informazioni dalla sottolamina IVCβ passano agli interneuroni stellati negli strati II e III (in particolare nella zona "interblob").
• Le cellule M della IVCa proiettano alla sottolamina IVB.
• IVB invia proiezioni ad altre aree corticali e all'interblob degli strati II e III.
• Gli strati V e VI proiettano verso strutture sottocorticali e comunicano con gli strati II e III, influenzando le informazioni elaborate negli strati II e III, arrivando alle informazioni talamiche.

Efferenze dell'Area V1

• Gli strati II e III proiettano alle aree V2, V3 e V4.
• Lo strato IVB (magnocellulare) proietta al lobo mediotemporale (area V5) per il movimento.
• Lo strato V proietta al collicolo superiore per i movimenti oculari e risposte rapide.
• Lo strato VI proietta al corpo genicolato laterale e al claustro.

Tipi Cellulari dell'Area V1

• Le cellule piramidali, situate negli strati II, III, V e VI, sono cellule di proiezione che inviano informazioni ad altre aree del cervello.
• Gli interneuroni stellati, eccitatori o inibitori, modulano le informazioni ricevute dal talamo.

Metodi di Indagine e Campi Recettivi

• Un metodo di indagine chiave è l'impalamento dei neuroni per identificare i campi recettivi, ovvero le aree del campo visivo cui i neuroni reagiscono in modo ottimale.
• Si utilizzano stimoli puntiformi e a barretta per studiare la reattività dei neuroni all'orientamento.

Sensibilità delle Cellule Corticali all'Orientamento

• I neuroni corticali rispondono in modo selettivo all'orientamento degli stimoli, con una risposta massima per l'orientamento preferito e minore per orientamenti diversi.

Convergenza e Codifica dell'Informazione

• La corteccia visiva non aggiunge "punti" ma analizza le matrici di punti secondo criteri specifici.

Analogie con le Reti Neurali

• L'elaborazione visiva nella corteccia visiva può essere confrontata con il funzionamento delle reti neurali artificiali.

Cellule Corticali Semplici e Complesse: Elaborazione delle Informazioni Visive

• L'input visivo, una matrice di punti, viene interpretato estraendo caratteristiche.
• La corteccia visiva opera una trasformazione complessa delle informazioni: dall'input iniziale a pixel, procede estraendo caratteristiche sempre più complesse.

Cellule Corticali Semplici: Rilevamento dell'Orientamento

• Le cellule corticali semplici rispondono a stimoli con un orientamento specifico, ignorando la posizione. L'input arriva attraverso il corpo genicolato laterale, che convoglia segnali che poi saranno elaborati.

Cellule Corticali Complesse: Indipendenza dalla Posizione

• Le cellule corticali complesse ricevono input da più semplici con lo stesso orientamento ma posizioni diverse, per cui hanno un campo recettivo più grande. La risposta è indipendente dalla posizione dello stimolo all'interno del campo recettivo.

Risposte delle Cellule Corticali agli Stimoli

• Risposta a macchie di luce e aree illuminate in modo uniforme.
• L'effetto pavimento (floor effect) indica che la risposta è silente a stimoli deboli e che ci vuole una scarica costante per valutare la reazione a stimoli inibitori.

Organizzazione Colonare della Corteccia V1

• Le cellule adiacenti con sensibilità all'orientamento sono organizzate in colonne verticali.
• Le colonne vicine condividono orientamenti simili.
• Le colonne di orientamento hanno bande di Dominanza oculare: cellule rispondono in modo diverso ai due occhi.
• I Blob all'interno delle colonne di orientamento sono cellule sensibili al colore.

Risposta degli Strati Corticali

• Lo strato IV riceve afferenze dal talamo con cellule monoculari (per un occhio), mentre altri strati hanno cellule binoculari.

Ipercolonne

• Le ipercolonne sono gruppi complessi di unità cellulari (circa 1 mm² di corteccia) contenenti:
  • Colonne per la percezione dei colori (blob).
  • Colonne per la percezione binoculare.
  • Colonne per la percezione dell'orientamento.

Connessioni Orizzontali e Contesto Visivo

• Le informazioni non restano isolate ma si collegano con connessioni orizzontali ad altre aree.
• L'interazione tra colonne di orientamento e blob permette di integrare informazioni su orientamento e colore.
• L'effetto del contesto mostra come una cellula può essere influenzata da elementi fuori dal suo campo recettivo.

Vie Corticali Superiori

• L'elaborazione visiva si sviluppa attraverso due vie principali:
  • Stream dorsale ("come"): analisi del movimento e della posizione degli oggetti, proiettando poi alla corteccia frontale.
  • Stream ventrale ("cosa"): identificazione degli oggetti, proiettando alla corteccia inferotemporale.
  • Le vie iniziano già nella retina (cellule magnocellulari e parvocellulari).

Percorsi Specifici delle Vie Corticali

• Via del "come": informazioni sul movimento elaborato in strato 4B, poi nelle strisce di V2 e a V5, passando alla corteccia frontale.
• Via del "cosa": informazioni sul colore negli strati II e III dell'interblob, poi in V2 and V4 .

Disparità Retinica e Percezione della Profondità

• La disparità retinica, la diversa posizione di uno stesso oggetto nelle due retine, consente di percepire la profondità.

Cellule di V2 e Bordi Illusori

• Le strisce spesse di V2 contribuiscono all'analisi della profondità e al riconoscimento dei bordi illusori, evidenziando la capacità del cervello di interpretare informazioni visive complesse, anche in assenza di dati completi.

Percezione della Profondità e Disparità Retinica

• La disparità retinica è la differenza nella posizione di uno stesso oggetto nelle due retine, consentendo di percepire la profondità.
• Disparità zero per oggetti in posizione omologa sulle due retine.
• Disparità di vicinanza per oggetti che cadono davanti all'oroptero
• Disparità di lontananza per oggetti dietro l'oroptero

Altri Fattori che Contribuiscono alla Percezione della Profondità

• Parallasse cinetica (spostamento degli oggetti a causa del movimento della testa).
• Ombre
• Prospettiva
• Sovrapposizione di oggetti

Riconoscimento degli Oggetti

• Il riconoscimento avviene attraverso una gerarchia di elaborazioni:
  • Analisi del primo livello (contrasto dell'immagine).
  • Analisi di livello intermedio (individuazione di elementi visivi primari).
  • Integrazione degli elementi visivi.
  • Associazioni tra diverse immagini dello stesso oggetto.

Ruolo di Diverse Aree Corticali nel Riconoscimento degli Oggetti

• V1 e V2 contribuiscono ai livelli iniziali del riconoscimento.
• Altre connessioni coinvolgono categorie di oggetti, associazioni con eventi, emozioni e memoria operativa.

Corteccia Inferotemporale e Temporo-Occipitale

• La corteccia inferotemporale mostra una mappa semantica delle immagini (riconoscimento dei volti e oggetti complessi).
• Le lesioni in queste aree possono compromettere il riconoscimento degli oggetti.

Questo quiz esplora la corteccia visiva, in particolare l'area primaria V1, e la sua importanza nell'elaborazione delle informazioni visive. Imparerai come la corteccia organizzi le informazioni provenienti dai due occhi e la sua complessa struttura a strati. Approfondiremo anche i canali attraverso i quali il talamo invia segnali visivi.