movimenti oculari e memoria del mantenimento dell

MOVIMENTI OCULARI E
MEMORIA DEL
MANTENIMENTO
DELL’EQUILIBRIO
NELLA PERFORMANCE
SPORTIVA
Stefano Rigo
ASS 1 - Ospedale Maggiore - Trieste
I MOVIMENTI OCULARI
 MOVIMENTI SACCADICI
 INSEGUIMENTO LENTO (SMOOTH PURSUIT)
 RIFLESSO OTTICOCINETICO (OKN)
 RIFLESSO VESTIBOLO - OCULOMOTORE (VOR)
I MOVIMENTI OCULARI
● Processi
Ø Attenzione
neuropsicologici
e Memoria
Ø Motivazione
Ø Processi
decisionali
MOLTI FATTORI POSSONO PROVOCARE
ALTERAZIONI DEL CONTROLLO VISIVO
Vi dovrebbe sempre essere una
totale e armonica interazione tra i
sottosistemi visivi che agiscono
di concerto gli uni con gli altri per
la stabilizzazione dello sguardo e
della testa in ogni condizione
I MOVIMENTI OCULARI
 MOVIMENTI SACCADICI: portano i bersagli di interesse sulla fovea
 INSEGUIMENTO LENTO (SMOOTH PURSUIT): mantiene sulla fovea l’immagine di un
bersaglio in movimento.
 RIFLESSO OTTICOCINETICO (OKR): mantiene STABILI sulla retina le immagini del mondo
visivo durante movimenti dolci e di lunga durata degli scenari intorno a noi o movimenti del
capo estremamente lenti (inferiori ai 0,3 Hz).
 RIFLESSO VESTIBOLO - OCULOMOTORE (VOR): mantiene ferme sulla retina le immagini
del mondo visivo durante rotazioni del capo brusche e generalmente brevi.
 FASI RAPIDE DEL NISTAGMO: dirigono la fovea verso la scena visiva entrante durante la
rotazione del capo.
LE BANDE PASSANTI DEI
SISTEMI OCULOMOTORI
Le bande passanti dei sistemi neurosensoriali
VOR
Smooth pursuit
COR
otticocinetico
0,01 Hz
0,001 Hz
1 Hz
0,1 Hz
100 Hz
10 Hz
“Il moto della testa è costituito
da un insieme disordinato di rotazioni
a varia frequenza nei tre piani dello spazio…”
Frequenze di movimento del capo durante la
deambulazione e la corsa
Nei soggetti normali la combinazione dei
contributi :
Vestibolari
Smooth pursuit
ottico-cinetici
saccadici
garantisce generalmente una stabilizzazione
oculare molto efficiente durante i normali
movimenti della testa, e quindi, anche nel caso di
una scansione visiva con contemporanea azione
della testa, risulta possibile una successione di
pure sequenze di fissazione e rifissazioni
saccadiche di sguardo rispetto al mondo
circostante.
I MOVIMENTI SACCADICI
•  Il sistema saccadico è caratterizzato da
movimenti oculari rapidi, atti a portare sulla fovea
un oggetto comparso improvvisamente alla
periferia del campo visivo o percepito dalla nostra
attenzione.
I MOVIMENTI SACCADICI
• Più ampio è è il movimento, > maggiore la velocità MEDIA
(es. un movimento saccadico di 60° di ampiezza avrà una vel. di 700° al secondo)
•  Velocità massima = 700°/sec
• N° min saccadi per secondo =2
• Latenza = 160 - 200 msec
• La velocità media (in gradi/sec.) è
proporzionale all ampiezza del movimento
La durata del movimento completo è
di 80 ed I 120 msec.
La velocità di picco è all'inizio della traiettoria, cui segue una
prolungata decelerazione.
All'inizio del movimento l'accelerazione dell'occhio è quasi sempre
identica, di qualsiasi ampiezza sia il ms; in seguito è maggiore più è
ampio il ms.
Più dell'85% degli movimenti saccadici naturali hanno ampiezze
inferiori ai 15°.
I movimenti saccadici guidati visivamente sono più rapidi di quelli
che tentano di seguire bersagli acustici o immaginari.
SACCADI OCULARI
• 
Durante la saccade, la visione è soppressa, allo
scopo utilitaristico di evitare lo scivolamento
dell’immagine (oscillopsia) che si verrebbe a
creare.
•  Il movimento è pre-programmato (una volta che il movimento è avviato,
non vi è correzione, ma può essere modificato il movimento seguente)
TRACCIATO
I parametri più importanti per la valutazione
clinica del tracciato ENG sono:
1.  la velocità angolare della saccade (600°-700°/sec all’inizio)
2.  L’accuratezza della parte finale del movimento (normometria)
3.  La latenza tra inizio dello stimolo e inizio del movimento
(160-200 msec)
Parietal lobes (PEF) / Frontal Eye Field (FEF)
Superior colliculus
Cerebellum:
dorsal vermis (lobes V, VI and VII),
fastigium nucleus
Thalamus
Basal Ganglia
Paramedian pontine reticular formation (PPRF)
SACCADE VISIVA FERIFERICA
PERIPHERALLY GUIDED SACCADE
Controllo parietale – PEF
Collicolo superiore
SACCADE VOLONTARIA
CENTRALLY GUIDED SACCADE
Controllo frontale – FEF
Supplementary eye field – SEF
Collicolo superiore
Express
Nucleus Reticularis Tegmenti Pontis NRTP
Cerebellum:
dorsal vermis (lobes V, VI and VII),
fastigium nucleus
Thalamus
Basal Ganglia
Paramedian pontine reticular formation (PPRF)
La Corteccia DorsoLatero – PreFrontale (DLPFC) ed il Frontal Eyes Field (FEF) memorizzano gli stimoli visivi e
controllano i movimenti degli occhi verso i precedenti stimoli visivi codificati in memoria
4.Motor saccades
programmes
Intentional
Saccade,
motivation
3.Visual
fixation
Lobo frontale
decisionale
2. Visuo-spatial integration
Reflexive
Saccade
Reflective
Saccade
Inhibition
1. Visual
information
Collicolo
superiore
Cervelletto
Formazione
reticolare
5. Execution
SACCADI OCULARI
• 
Il generatore delle saccadi sembrerebbe situato nella Formazione Reticolare Pontina
Paramediana (PPRF), nel nucleo reticolare del ponte (tronco encefalico), ventralmente e
lateralmente al fascicolo longitudinale mediale
PPRF
In quest’area ci sono:
– 
Burst Cells la cui scarica precede ogni movimento rapido omolaterale - PULSE - forza di scatto
– 
Pause Cells la cui scarica continua dopo che il movimento si è completato - STEP - mantenimento
posizione raggiunta)
Loss of relevance of current stimulus
Selection of the new target
Programing of saccadic movements and coordination
between eye/head movements (if target >20° )
Spatial reconstruction by processes stored during visual
suppression
Opening to new cognitive network
Minimum processing time: 160-200 msec
SACCADI: CLASSIFICAZIONE
Peripherally (visually guided) saccades
Pro-saccades
Express saccades
Centrally guided saccades
Predictive saccades (anticipatorie)
Memory guided saccades (remembered saccades)
● Involontarie,
riflesse, visive
● Volontarie,
finalizzate, modificabili con
l allenamento e la volontà
Anti-saccades
PRESTARE ATTENZIONE NON IMPLICA
NECESSARIAMENTE L’ORIENTAMENTO DELLO
SGUARDO VERSO LA ZONA D’INTERESSE
Peripherally guided Saccades (pro-saccades) :
Saccadi involontarie, automatiche, riflesse, con tempi di latenza ridotti
Il paziente esegue il movimento in modo involontario
o saltuariamente volontario per la comparsa di un
oggetto di interesse
Sono saccadi guidati dalla vista
( visual guided saccades )
Nessun meccanismo predittivo
Express Saccades:
saccadi talmente rapide da manifestarsi con tempi di latenza vicini ai minimi
ritardi di conduzione dell’impulso nervoso afferente ed efferente…..
si suppone siano innescate dalla diretta
trasformazione del segnale visivo entrante in
comando motorio che guida gli occhi
immediatamente verso lo stimolo !!!!
E
x
p
r
e
s
s
Time reaction after a new
retinal visual target
Saccade time
(secondary saccade for
head-eyes interaction)
160-200 msec.
80-90 msec
(200 msec)
Total
260 to 500
msec.!!!!!!!!
From 40 msec before the saccadic movement, the visual
suppression is almost complete and the vision becomes
normal again only after the stop of the eye movement (in
total also for 100 msec).
Blindness 4 hour x day!!!!!!!!
The cognitive processes allow the reconstruction of the
fluency of our life.
In vestibular deficit, the patiens are blind for a longer time
La change blindness è l’incapacità dell’osservatore di notare
un cambiamento evidente nella scena che si sta osservando
quando, al momento del cambiamento avviene in
contemporanea una saccade (soppressione visiva)
La change blindness accade durante la soppressione saccadica ma anche se vi
sono:
• un campo visivo oscurato o segnale transiente globale ( flicker ),
• altri elementi aggiuntivi o segnali transienti locali ( mud-splashes ),
• l ammiccamento ad occhi chiusi ( attentional blink ).
World contains too much visual information
Vision? No!!!
memory
ri-elaboration
Past experience
filling-in mechanism
Sharpness
illusion
We see the whole picture so sharp because the memory reconstitutes the entire retinal image, giving the sharpness illusion…
INTERAZIONE OCCHI-TESTA
Contribution of head movements
Head Movement Propensity, J. Fuller, 1992.
Head motion
Vs
Eye motion
30 degree orbital threshold, iInnate behavioural
tendancy for subthreshold head moving
Per primi, dopo 200 ms, si muovono gli occhi ( saccade in direzione del bersaglio)
A causa dell inerzia, la testa si muove 20-50 ms più tardi.
Al termine della saccade oculare la testa sta ancora muovendosi. Durante questa fase gli occhi
si spostano in direzione opposta al movimento della testa per compensarne, almeno
parzialmente il movimento e l inerzia.
SMOOTH PURSUIT
Il sistema di inseguimento visivo lento ha lo scopo di seguire un
oggetto che si muova lentamente nel campo visivo, mantenendone
l’immagine sulla fovea.
Se la velocità della mira si mantiene sotto a 40°- 45°/sec, la
corrispondenza fra occhio e mira è praticamente perfetta ed il guadagno,
ossia il rapporto tra la velocità dell’occhio e quello della mira, è unitario.
• 
Per mantenere sulla fovea l’immagine di un bersaglio che si muove lentamente
nel campo visivo, lo smooth pursuit deve essere in grado di accoppiare la
velocità degli occhi nello spazio (cioè la velocità dello sguardo) con la velocità
del bersaglio.
SMOOTH PURSUIT
• E’ un movimento oculare esclusivo degli esseri foveati
• Lo stimolo di partenza risulta essere l’errore retinico (retinal error velocity), cioè lo
spostamento del bersaglio dalla fovea alla periferia retinica.
• Estremamente sofisticato con pre-programmazioni continue dei suoi parametri.
SMOOTH PURSUIT
VOLONTARIO CENTRALE
START: cellule gangliari retiniche
Controllo frontale – FEF
Supplementary eye field – SEF
Aree extra-striate – MST (giunzione temporo-supero-mediale)
Nuclei del ponte
Dorso-Laterali
Dorso-Mediali (DLPN / NRTP)
Cerebellum:
dorsal vermis (lobes V, VI and VII),
fastigium nucleus
Paramedian pontine
reticular formation (PPRF)
Nuclei vestibolari
Nuclei oculomotori (III, IV, VI)
E il PPRF …… ??
PARTENZA DI MOVIMENTO DI S.P.
1. Target visivo di 15° verso destra (linea verde) scatta di 15° ds e poi muove costante
2. L’occhio (linea rossa) segue con UN RITARDO DI 200 MSEC. , esegue un movimento
saccadico per correggere l’errore di posizione e quindi prosegue con un movimento di
inseguimento lento (stimolo step-ramp)
Se la mira tenderà ad allontanarsi dalla zona foveale durante il movimento di inseguimento, sarà
corretta da una saccade compensatoria
SMOOTH PURSUIT
Vengono utilizzate 2 metodiche di stimolo:
Tracciato triangolare, con target che muove a velocità e ampiezza costante, con inversione
periodica della direzione
Tracciato sinusoidale, con target che muove a ampiezza costante, ma con velocità variabile in
accelerazione e decelerazione (la velocità è massima al centro e minima ai margini)
SMOOTH PURSUIT
Il Tracciato sinusoidale, è il più usato in ambito clinico.
L’ampiezza è espressa in gradi.
La frequenza è espressa in Hertz.
Ampiezza target: +/- 20°
Frequenza target: 0,2 – 0,9 Hz
Velocità angolare max: 40°-60°/sec.
SMOOTH PURSUIT
• 
Il guadagno che è il rapporto tra velocità degli occhi e velocità della mira visiva,
nei soggetti normali è tra 0.88 (a 10°-20° /sec.); con il salire della velocità della
mira (30° / sec.) scende a 0.70; è condizionato da attenzione, alcool, tabacco,
sedativi (benzodiazepine, ecc.) patologie vascolari ed età.
• 
La fase della risposta in velocità è la differenza temporale o in gradi tra il picco
della velocità oculare e quella del bersaglio.
• 
La velocità angolare. in un soggetto normale l’inseguimento risulta regolare
fino a 40°/sec. Nei patologici, per mantenere l’inseguimento regolare si riduce
drasticamente la velocità angolare. Interviene il sistema saccadico nella fase
più veloce dello Smooth pursuit (nelle stimolazioni sinusoidali).
Alterazione più frequente: sostituzione della traccia di inseguimento visivo con
saccadi multiple.
• 
Il conseguente allontanamento dell’immagine dalla fovea verso la retina attiva una saccade
compensatoria.
• 
La causa è la ridotta velocità angolare dell’occhio che non consente più un corretto
inseguimento del bersaglio.
• 
Non a caso la traccia ENG presenta un maggior numero di saccadi nella parte centrale,
dove la velocità di spostamento del bersaglio è maggiore.
L.V. 75 anni
Meningioma ds
• 
E’ espressione di sofferenza tronco-encefalica ed è comune a molti tipi di
patologia.
• 
Il sistema di pursuit è il più fragile e pertanto risulta coinvolto pressoché
costantemente nella patologia neurologica con riduzione uni-bilaterale del
guadagno (low gain) e intrusioni di saccadi correttive
Patologie del ponte
Atrofie olivo-ponto cerebellari
•  Se il guadagno del sistema è ulteriormente ridotto, compare un unico
grosso movimento saccadico di correzione nella parte centrale del
movimento, quella più rapida.
•  E’ espressione di sofferenza tronco-encefalica ed è comune a molti tipi
di patologia.
•  Il sistema di pursuit è fragile
VOR
Il VOR induce movimenti degli occhi eguali e contrari a quelli del capo, al fine
di far si che l’immagine cada costantemente nella fovea, consentendo una
visione distinta e stabile.
E’ una stabilizzazione visiva in senso opposto al movimento,
compensatoria
• Il sistema vestibolo-oculomotorio genera
movimenti oculari compensatori dei movimenti
del capo: la stimolazione dei recettori vestibolari
al movimento della testa in una direzione evoca
un movimento oculare riflesso in senso contrario.
• Il sistema vestibolo-oculomotorio genera
movimenti oculari compensatori dei movimenti
del capo: la stimolazione dei recettori vestibolari
al movimento della testa in una direzione evoca
un movimento oculare riflesso in senso contrario.
VOR
OKN
RIFLESSO OTTICOCINETICO
•  Viene concordemente considerato un riflesso fisiologico, automatico, ritmico,
involontario ed inesauribile.
•  E’ forse l’unico movimento oculare ancora non completamente studiato….
NISTAGMO OTTICOCINETICO (NOC)
Il sistema otticocinetico controlla i movimenti oculari compensatori,
generati dal movimento dell’intero campo visivo, collaborando a
stabilizzare l’immagine retinica durante il movimento relativo
dell’ambiente rispetto il soggetto.
La risposta oculomotoria a tale movimento è un nistagmo otticocinetico
(NOC)
RIFLESSO E NISTAGMO OTTICOCINETICO
• 
Il riflesso otticocinetico (OKR) ed il riflesso vestibolo-oculomotorio (VOR)
sono i primi movimenti oculari che compaiono nel corso della filogenesi.
• 
L’OKR è in grado di integrare, migliorando o supplendo, le performances del
VOR in quelle situazioni (rotazioni prolungate) o per quelle frequenze
(rotazioni lente) in cui il VOR, per le sue caratteristiche intrinseche, non può
assicurare una risposta adeguata di compenso
Combinazione dei contributi vestibolari ed ottico-cinetici
=
una stabilizzazione oculare molto efficiente
• 
Ciò avviene grazie alla complementarietà, in termini di banda spettrale,
• 
tra riflessi vestibolari (di tipo passa-alto ed in grado di coprire anche le
più alte dinamiche naturale della testa)
• 
ed i riflessi otticocinetici (di tipo passa-basso ed includenti anche le
bassissime frequenze non rilevate dai sensori vestibolari, inclusa la
continua).
• 
Il NOC quindi lavora meglio in quell’ambito di frequenze proprio dove il VOR
lavora peggio, così da risultare complementare nella stabilizzazione dello
sguardo.
RIFLESSO E NISTAGMO OTTICOCINETICO
•  E’ costituito da:
•  fase lenta diretta nel senso del movimento del campo visivo (cresce con
l’aumentare della velocità fino a 60°/sec.)
•  fase rapida di direzione opposta con caratteristiche simili alle saccadi.
RIFLESSO E NISTAGMO OTTICOCINETICO
•  I 2 tipi fondamentali di OKN sono:
OKN corticale, foveale, tipo “look”, correlato con i meccanismi di smooth
pursuit.
OKN sotto corticale, retinico periferico, tipo “stare”, tipico degli animali
afoveati, evocabile anche dopo ablazione emisferi cerebrali e molto
meno influenzabile dalla attenzione. Si tratta di un riflesso primitivo.
L’ OKN corticale, tipico degli animali con sistema foveale, è correlato ed
identificabile con il meccanismo di smooth pursuit.
Lo smooth pursuit seleziona all’interno di un contesto di immagini ferme o
in movimento uno specifico bersaglio di dimensioni anche molto ridotte e
lo segue nel suo moto.
E’ quindi un movimento oculare che tende a mantenere ferma nella zona
retinica capace di massima analisi del dettaglio, la fovea, l’immagine
dell’oggetto di interesse.
Lo si può definire un riflesso evoluto.
L’ OKN sotto corticale è un riflesso primitivo, presente in ogni specie, dagli
invertebrati in su; filogeneticamente più antico e nell’uomo meno
importante, è attivato dalla parte periferica della retina e pertanto da una
stimolazione a tutto campo (all field).
La via sottocorticale è stimolata quando al soggetto viene richiesto di non
seguire i contrasti ottici con lo sguardo ma di tenere quest’ultimo fisso
davanti a se.
La risposta più attiva si produce con stimoli
full field, coinvolgenti l’intero
campo visivo ed interessante
il sistema sottocorticale.
Si parla perciò di visione foveale
perifericamente assistita.
Il NOC a campo visivo stretto (classico tamburo
di Barany su monitor TV) è molto irregolare.
HELMUT NEWTON
RIFLESSO E NISTAGMO OTTICOCINETICO
• 
Nell’uomo i parametri dell’OKN attualmente presi in considerazione
nella valutazione quantitativa della risposta nistagmica sono
• 
la VAFL (velocità angolare fase lenta)
• 
Il GAIN (rapporto tra la VAFL del OKN e la velocità dei contrasti ottici)
• 
La asimmetria o predominanza direzionale (PD).
•  Il parametro più utilizzato per la valutazione del NOC è il guadagno, che
rappresenta il rapporto tra
Velocità angolare della fase lenta (VAFL) / velocità del target
•  Nei soggetti normali il gain è eguale a 1 per velocità basse (10-30°/sec.),
a 0,7-0,9 per velocità superiori (60°/sec.) .
•  Il guadagno è funzione della velocità, decresce al suo aumentare in
modo non lineare a seconda della specie considerata:
–  gli animali foveati (primati e uomo) hanno guadagni elevati, unitari, anche per
velocità dello stimolo pari a 50°/sec. (sostenuti dallo smooth pursuit)
–  gli animali afoveati (che sfruttano solo l’OKN sottocorticale) hanno prestazioni
nettamente inferiori. Il guadagno varia da 1 a 0.8 per velocità di 20°- 30° /sec. per
decrescere per velocità maggiori.
•  Il gain è unitario con valori di stimolo tra 30° e 40°/sec.; per valori più
elevati declina la risposta e si annulla a velocità intorno ai 120°/sec.
Predominanza direzionale
dell’OKN diretto verso il lato
sano.
Un decremento della VAFL verso il lato
della lesione
una Preponderanza Direzionale
dell’OKN diretta verso il lato sano
Corrispondono a:
lesioni della fossa cranica posteriore
(tumori, vasculopatie, malformazioni di tipo
Arnold-Chiari, ecc)
l’entità del fenomeno è più o meno
accentuata (in rapporto alla gravità della
malattia) fino alla mancanza dell’OKN, sia
da un solo lato, che da entrambi i lati.
Predominanza direzionale
dell’OKN diretto verso il lato
sano.
Predominanza direzionale
dell’OKN diretto verso il lato
patologico.
Un decremento della VAFL verso il lato
della lesione
Corrispondono a:
una Preponderanza Direzionale
dell’OKN diretta verso il lato sano
Lesioni del lobo parietale
Corrispondono a:
lesioni della fossa cranica posteriore
(tumori, vasculopatie, malformazioni di tipo
Arnold-Chiari, ecc)
l’entità del fenomeno è più o meno
accentuata (in rapporto alla gravità della
malattia) fino alla mancanza dell’OKN, sia
da un solo lato, che da entrambi i lati.
Lesioni estese a più di un lobo: parietale e
occipitale, frontale e parietale, temporale e
parietale