Stereopsi e test di stereopsi

Punti chiave a colpo d’occhio

La stereopsi è una funzione mediante la quale il cervello rileva la disparità binoculare e la converte in profondità, e rappresenta il livello più alto della visione binoculare.
La visione binoculare si compone di tre fasi: visione simultanea, fusione e stereopsi. La stereopsi viene acquisita solo dopo che la fusione è stata stabilita.
La stereopsi inizia a svilupparsi tra i 3 e i 6 mesi dopo la nascita, e per acquisire una stereopsi fine è necessaria una correzione dell’allineamento oculare durante il periodo critico (entro poche settimane o mesi dalla nascita).
Quantificato in secondi d’arco, più il valore è piccolo, più precisa è la stereopsi.
I test di stereopsi si dividono in test statici (Titmus, TNO, Lang, Frisby stereo test, ecc.) e test dinamici (metodo delle tre aste, ecc.).
Strabismo, ambliopia, cataratta congenita e anisometropia sono le principali cause di deficit di stereopsi.
È stato riportato che l’allenamento con videogiochi 3D ha migliorato la stereopsi del 33% negli adulti normali.

1. Cos’è la stereopsi?

La stereopsi (stereopsis) è la funzione con cui il cervello rileva lo spostamento orizzontale delle immagini (disparità binoculare) proiettate sulle retine sinistra e destra di un oggetto visivo e lo converte in profondità. È considerata la funzione più elevata della visione binoculare, che consente la percezione della profondità attraverso la ricostruzione della disparità binoculare.

Il termine deriva dal greco «solido» (solid) e «potere della vista» (power of sight). Alla fine degli anni 1830, Charles Wheatstone propose il concetto di disparità binoculare, dimostrando che quando entrambi gli occhi fissano un punto nello spazio, gli oggetti vicini e lontani formano immagini in posizioni diverse sulla retina.

Struttura a tre livelli della visione binoculare: percezione simultanea (simultaneous perception) → fusione (fusion) → stereopsi (stereopsis). La stereopsi può essere acquisita solo dopo che la fusione è stabilita.

La precisione della stereopsi è quantificata in secondi d’arco (seconds of arc). La relazione è: 360° → ogni grado = 60 minuti d’arco → ogni minuto = 60 secondi d’arco. Più piccolo è il valore, maggiore è la precisione. In caso di stereopsi normale, è possibile una percezione della profondità sufficientemente precisa da distinguere una differenza di profondità di 8 cm a una distanza di 10 m.

È necessario chiarire la differenza tra visione stereoscopica e percezione quotidiana della profondità. La visione stereoscopica è una sensazione ottenuta dall’elaborazione delle informazioni di entrambi gli occhi, ma la cosiddetta sensazione tridimensionale può essere ottenuta anche tramite indizi di profondità monoculari (prospettiva lineare, dimensione, texture, ecc.). Anche senza visione stereoscopica, il mondo non appare piatto e raramente causa grandi difficoltà nelle attività quotidiane.

Sviluppo e periodo critico : La stereopsi non è presente alla nascita; inizia a svilupparsi intorno ai 3 mesi di età, quando la posizione degli occhi si stabilizza. La sensibilità è massima tra i 6 mesi e 1 anno e scompare intorno ai 15 anni. L’acquisizione della stereopsi fine richiede una correzione della posizione degli occhi entro le prime settimane o al massimo pochi mesi; un intervento chirurgico dopo questo periodo, fino a circa 2 anni, consente di acquisire solo una stereopsi grossolana.

Q L'assenza di visione stereoscopica ostacola la vita quotidiana?

Anche senza stereopsi, la percezione della profondità è possibile grazie a indizi monoculari come la prospettiva lineare o le variazioni di dimensione, quindi le attività quotidiane di solito non sono gravemente compromesse. Tuttavia, la percezione precisa della profondità, come distinguere una differenza di 8 cm a 10 metri, è possibile solo con la stereopsi, il che può causare difficoltà nel prendere una palla o in compiti di precisione.

2. Principali sintomi e segni clinici

Sintomi soggettivi

Difficoltà a percepire la mancanza di stereopsi : Poiché la vita quotidiana è possibile grazie agli indizi monoculari, la mancanza di stereopsi stessa è difficile da notare.
Anomalie con le immagini 3D : Se gli oggetti non sembrano uscire dallo schermo in film, TV o giochi 3D, ciò può indicare una mancanza di stereopsi.
Difficoltà in compiti di precisione : Possono verificarsi difficoltà in situazioni che richiedono precisione di profondità, come infilare un ago o prendere una palla.
Diplopia (visione doppia) : in caso di strabismo, il paziente può lamentare diplopia (vedere doppio).

Reperti clinici (reperti confermati dal medico)

Strabismo (tropia) : disallineamento dei due occhi. Rilevazione delle tropie con il test cover-uncover.
Posizione anomala del capo : segno di adattamento a una deviazione incomitante per mantenere la visione binoculare.
Amblyopia (occhio pigro) : si verifica quando la differenza di acuità visiva supera la capacità di compensazione cerebrale. Il cervello sopprime l’occhio peggiore, portando all’ambliopia.
Soppressione : reperto di soppressione della visione di un occhio da parte del cervello. Rilevata con il test di Worth a 4 punti o con le lenti striate di Bagolini.
Corrispondenza retinica anomala : adattamento sensoriale anomalo associato allo strabismo. Valutato con il test di Bagolini o il test dell’immagine residua.

3. Cause e fattori di rischio

Per stabilire una normale visione binoculare sono necessarie le seguenti tre condizioni.

Assenza di strabismo costante
Piccola differenza di acuità visiva e refrazione tra i due occhi, che consenta la fusione
Corrispondenza retinica normale

I seguenti fattori che inibiscono questi processi sono le principali cause del deficit di visione stereoscopica.

Strabismo: la causa più importante. Nello strabismo costante, la normale visione binoculare non si sviluppa. L’exotropia, spesso intermittente all’inizio, preserva relativamente la visione binoculare, ma l’esotropia, non essendo ortoforica fin dall’inizio, richiede una correzione precoce con occhiali prismatici o chirurgia.
Microtropia: anche un angolo di strabismo molto piccolo può facilmente causare soppressione, rendendo difficile ottenere una normale visione binoculare.
Amblyopia: l’ambliopia anisometropica, strabica e da deprivazione di forma sono tutte cause di deficit di visione stereoscopica.
Anisometropia: la differenza di rifrazione tra i due occhi impedisce la fusione e porta a un deficit di visione stereoscopica.
Cataratta congenita: se non corretta abbastanza precocemente, la visione simultanea non può svilupparsi.
Aniseiconia : quando la dimensione dell’oggetto proiettato sulla retina differisce notevolmente tra i due occhi.

Le interruzioni visive nei primi otto anni di vita possono ostacolare lo sviluppo della percezione visiva, indipendentemente dalla gravità e dalla durata. Le interruzioni visive che si verificano dopo questo periodo non comportano la perdita della visione stereoscopica, ma si verificano cambiamenti adattativi.

Q Fino a che età si sviluppa la visione stereoscopica nei bambini?

La visione stereoscopica inizia a svilupparsi intorno ai 3 mesi di età e raggiunge la massima sensibilità tra i 6 mesi e 1 anno. Per acquisire una visione stereoscopica fine, è necessaria una correzione della posizione degli occhi entro le prime settimane o mesi di vita; successivamente, è possibile ottenere solo una visione stereoscopica grossolana. Il periodo critico per l’acuità visiva dura fino agli 8 anni (nella pratica clinica, è possibile un miglioramento fino a circa 10 anni), ma il periodo sensibile della funzione binoculare termina prima di quello della visione stereoscopica e dell’acuità visiva.

4. Diagnosi e metodi di esame

I test di stereopsi sono tutti soggettivi. Per interpretare correttamente le risposte del paziente, è essenziale comprendere le funzioni visive binoculari normali e anomale e le caratteristiche di ciascun metodo di test.

Principi di selezione delle condizioni di test : La fusione diventa più difficile quanto più la stanza è buia. La soppressione è più facile da indurre in condizioni vicine alla visione quotidiana e più difficile in condizioni lontane dalla visione quotidiana. È necessario modificare il metodo e le condizioni di test a seconda che si voglia conoscere lo stato della visione binoculare in condizioni quotidiane o la capacità binoculare potenziale. Inoltre, i test di funzione sensoriale devono essere eseguiti prima dei test di dissociazione (come il test di occlusione).

I test di stereopsi si dividono in test statici e test dinamici. I test statici sono ulteriormente classificati in base al metodo di separazione binoculare: polarizzazione, rosso-verde, stereoscopia reale, diffrazione cilindrica e senza occhiali di separazione.

Di seguito una panoramica dei principali test di stereopsi da vicino:

Nome del test	Metodo di separazione	Intervallo di disparità (secondi d’arco)	Età appropriata	Caratteristiche
Test stereoscopico di Titmus	Polarizzazione	40–3.000 secondi d’arco	Da 2 anni	Il più comune. Possibili falsi positivi
Test stereoscopico TNO	Rosso-verde	15–480 secondi d’arco	Da 2,5 anni	Nessun falso positivo. Eccellente per la valutazione della stereopsi avanzata
Test stereoscopico di Frisby	Nessuno (stereogramma reale)	20–600″	Da 3 anni	Il più vicino alla visione quotidiana
Test stereoscopico di Lang	Diffrazione cilindrica	200–1.200″	Da 2 anni	Nessun occhiale necessario. Adatto per screening
Test stereo di Randot	Polarizzazione	20–500 secondi d’arco	Da 2 anni	Punti casuali. Basso tasso di falsi positivi

Test stereo di Titmus (metodo a polarizzazione)

Questo è il test di stereopsi da vicino più comunemente utilizzato. Separa i due occhi con occhiali polarizzati e consente di testare in condizioni relativamente vicine alla visione quotidiana. Viene eseguito a una distanza di 40 cm con correzione completa.

La composizione e la procedura sono le seguenti:

Mosca : disparità di circa 3.000″. Verificare se l’ala può essere afferrata (valutazione approssimativa della presenza di stereopsi).
Animale : gatto 400″, coniglio 200″, scimmia 100″.
Cerchio : (1) 800″ → (2) 400″ → (3) 200″ → (4) 140″ → (5) 100″ → (6) 80″ → (7) 60″ → (8) 50″ → (9) 40″ (9 livelli).

Lo svantaggio è che, a causa del pattern solido, possono verificarsi falsi positivi dovuti a indizi monoculari. Quando i reclami sono ambigui, far indossare gli occhiali al contrario e verificare la percezione della profondità. È anche possibile rilevare la soppressione utilizzando R/L sotto la mosca e il cerchio (1).

Test stereo TNO (metodo rosso-verde)

Test di visione stereoscopica da vicino che utilizza un pattern di punti casuali. I due occhi vengono separati con occhiali rosso-verde. Il test è molto diverso dalla visione quotidiana e viene eseguito in condizioni che favoriscono la soppressione. Viene eseguito a una distanza di 40 cm con correzione completa.

La caratteristica principale è l’assenza di falsi positivi dovuti a indizi monoculari; un buon risultato al test stereo TNO indica un’elevata funzione stereoscopica.

Tavole I–III: Screening per neonati (figure con grande disparità, riconoscibili anche con un occhio solo).
Tavola IV: Tavola per il test di soppressione.
Tavole V–VII: Per la quantificazione. V=480″·240″, VI=120″·60″, VII=30″·15″.

Test stereo di Lang (metodo a diffrazione cilindrica)

Si tratta di un test stereoscopico da vicino che utilizza un foglio con un reticolo di diffrazione (lenticolare) incorporato. Può essere eseguito senza occhiali ed è adatto anche a bambini di circa 2 anni. È ampiamente utilizzato come screening nelle visite sanitarie dei bambini di 3 anni e negli screening scolastici.

LANG I: gatto 1.200″ · stella 600″ · auto 550″.
LANG II: elefante 600″ · auto 400″ · luna 200″. È presente anche una stella senza disparità (per verificare la comprensione).
LANG-STEREOPAD®: stella 1.000″ · auto 600″ · gatto 400″ · luna 200″ · sole 100″ · stella 50″. I bersagli possono essere applicati liberamente.

Sebbene sia un pattern a punti casuali, ha lo svantaggio che inclinando la lastra diventano visibili indizi monoculari. La lastra deve essere sempre presentata frontalmente al paziente.

Frisby stereo test (stereopsi reale)

Si utilizzano due lastre di plastica trasparente. Sulla parte anteriore è stampato un motivo, mentre sul retro tre motivi identici; lo spessore della lastra stesso crea la disparità. Sono disponibili tre diversi spessori (6 mm, 3 mm, 1,5 mm) e la disparità può essere variata anche modificando la distanza di esame. Poiché il test viene eseguito con oggetti stereoscopici reali senza l’uso di occhiali speciali, consente una valutazione della stereopsi molto vicina alla visione quotidiana. Età di applicazione: da 3 anni, acuità stereoscopica: da 600 a 20 secondi d’arco, distanza di esame: da 30 a 80 cm.

Test di stereopsi pratica senza occhiali di separazione

Metodo delle due matite: test di allineamento delle punte di due matite. Età di applicazione: da 2 anni, acuità stereoscopica circa 3.000-5.000 secondi d’arco. Eseguito a 33 cm davanti all’esaminatore. Molto vicino alla visione da vicino quotidiana ed estremamente semplice. Se possibile con entrambi gli occhi ma fallisce con un occhio solo, si considera presente una funzione binoculare pratica.
Metodo dell’infilatura dell’anello: test di infilatura di un filo metallico a forma di gancio attraverso un anello di diametro 2-3 cm. Età di applicazione: da 3 anni, acuità stereoscopica circa 2.000-3.000 secondi d’arco. Rispetto al metodo delle due matite, ci sono meno indizi monoculari e richiede una stereopsi più precisa.

Questi test pratici possono essere superati con l’allenamento, pertanto sono considerati una valutazione grossolana della percezione della profondità in visione da vicino piuttosto che una misurazione rigorosa della funzione stereoscopica.

Altri metodi di esame

Randot preschool stereotest・Random dot butterfly : metodo a polarizzazione. Pattern a punti casuali, bassi falsi positivi.
Pola test : metodo a polarizzazione. Età di applicazione da 2,5 anni, distanza di esame 500 cm. Valutazione qualitativa della stereopsi da lontano.
Grande sinottoforo (sinottoforo) : proietta bersagli sulle fovee di entrambi gli occhi, consentendo di valutare la stereopsi anche in caso di strabismo manifesto. Stereopsi da lontano 90–720 secondi d’arco. Età di applicazione da 4 anni.
Test dei tre bastoncini : test rappresentativo di stereopsi dinamica. Valuta la percezione della profondità in condizioni di movimento del bersaglio.
3D multi vision tester : statico 5.000–135 secondi d’arco, dinamico 2.700/1.500/1.000 secondi d’arco. Distanza di esame 50 cm.

Q Qual è la differenza tra il test stereo di Titmus e il test stereo TNO?

Il Titmus utilizza la polarizzazione e un pattern solido, che può causare falsi positivi dovuti a indizi monoculari. Il TNO utilizza il metodo rosso-verde e un pattern di punti casuali, senza falsi positivi; un buon risultato al TNO indica una funzione stereoscopica elevata. Il Titmus è adatto per la valutazione in condizioni vicine alla visione quotidiana, mentre il TNO è adatto per una quantificazione rigorosa della funzione stereoscopica.

5. Trattamento standard

Non esiste un trattamento standard diretto per il deficit di visione stereoscopica; il trattamento della malattia di base è fondamentale.

Chirurgia dello strabismo : Correzione dell’allineamento oculare per migliorare la visione binoculare. Il recupero della stereopsi di alto grado richiede una buona acuità visiva in ciascun occhio, un buon allineamento oculare e un potenziale binoculare di base. La visione binoculare di basso grado (visione simultanea, fusione periferica) può talvolta essere ottenuta chirurgicamente anche in caso di scarsa acuità visiva o strabismo di lunga durata.
Correzione refrattiva : Prescrizione di occhiali per anisometropia. Nell’esotropia accomodativa con alto rapporto AC/A, vengono prescritti occhiali con un’addizione di +3,00 D nella parte inferiore.
Trattamento dell’ambliopia: occlusione (patch) o penalizzazione (riduzione della vista dell’occhio sano con farmaci o occhiali).
Occhiali prismatici: utilizzati come intervento precoce per l’esotropia.
Chirurgia precoce della cataratta congenita: correzione sufficientemente precoce per lo sviluppo della visione binoculare.

6. Fisiopatologia e meccanismi dettagliati di insorgenza

Meccanismo di rilevamento della disparità binoculare

Il cervello rileva la disparità binoculare, stimola i neuroni selettivi per la disparità aumentando la frequenza dei potenziali d’azione e codifica la relazione tra le due immagini.

L’orottero (linea di visione singola) è l’insieme di punti situati approssimativamente alla stessa profondità del punto di fissazione e proiettati su punti retinici corrispondenti di entrambi gli occhi. Esistono un orottero geometrico e uno empirico. I punti sull’orottero appaiono singoli perché proiettati su punti retinici corrispondenti, ma uno scostamento dall’orottero produce disparità binoculare.

L’area di fusione di Panum è la regione in cui è possibile la fusione senza diplopia per le disparità prodotte da oggetti leggermente spostati rispetto all’orottero. Le disparità all’interno dell’area di fusione di Panum vengono convertite in stereopsi, mentre le grandi disparità al di fuori dell’area causano diplopia.

Per quanto riguarda i punti retinici corrispondenti, le fovee di entrambi gli occhi hanno una direzione visiva comune, e i punti retinici temporali equidistanti dalla fovea corrispondono ai punti retinici nasali dell’altro occhio. La fusione foveale consente una stereopsi precisa, mentre la fusione periferica consente una stereopsi grossolana.

Stereopsi statica e stereopsi dinamica

Stereopsi statica

Definizione : Stereopsi in cui la disparità non varia nel tempo.

Strumenti di misura : Molti test come Titmus, TNO, Lang, Frisby, Randot, ecc.

Utilizzo : Valutazione quantitativa della capacità stereoscopica di base.

Stereopsi dinamica

Definizione : Stereopsi in cui la disparità varia nel tempo (il bersaglio si muove).

Strumento di misura: metodo delle tre aste, tester 3D multi visione.

Utilizzo: valutazione della percezione della profondità in ambienti di azione reali.

Quantificazione della stereopsi e fusione motoria

Una normale funzione binoculare è definita come «assenza di soppressione, visione simultanea possibile, fusione normale e stereopsi ottenuta rilevando una disparità binoculare inferiore a 60 secondi d’arco».

Valori normali di fusione motoria: convergenza 25°, divergenza 5°, verticale 1–2°, torsione circa 8°.

Valori normali dell’area di fusione (amblioscopio grande): orizzontale da -4 a +25°, verticale 1–2,5°, torsione 6–10°.

Meccanismo di soppressione e deficit di visione stereoscopica

Quando la differenza di acuità visiva supera il limite di compensazione del cervello, il cervello sopprime l’occhio più debole. Ciò comporta la perdita della visione stereoscopica ma protegge dalla diplopia. La soppressione è considerata un parametro modificabile indipendente e la sua riduzione potrebbe migliorare la visione stereoscopica.

Indizi monoculari di profondità

Anche con un solo occhio è possibile la percezione della profondità grazie a indizi come prospettiva lineare, dimensione, ordine (sovrapposizione), cambiamenti di texture e gradiente, sfocatura, colore, foschia, dimensione relativa, ecc. Questi sono utili ma sensibili alle illusioni ottiche.

7. Ricerche recenti e prospettive future (rapporti in fase di ricerca)

Miglioramento della visione stereoscopica tramite videogiochi 3D

Li et al. (2024) hanno condotto uno studio randomizzato controllato su 40 giovani adulti con vista normale (tutti non giocatori)¹⁾. Il gruppo 3DVG (21 persone) ha giocato a un videogioco sparatutto in prima persona su PlayStation 3D per un totale di 40 ore (2 ore × 20 sessioni, 4-5 settimane), mentre il gruppo 2DVG (19 persone) ha giocato allo stesso gioco in modalità 2D per lo stesso tempo. È stato utilizzato un televisore 3D attivo da 32 pollici (frequenza di aggiornamento 240 Hz) e solo il gruppo 3DVG indossava occhiali 3D a otturatore attivo.

Risultato: la stereopsi è migliorata del 33% nel gruppo 3DVG (tasso di miglioramento 26,6±4,8%), mentre nel gruppo 2DVG non si è verificato alcun cambiamento significativo (tasso di miglioramento 1,8±3,0%). L’analisi statistica ha mostrato un’ANOVA a misure ripetute a due fattori F=17,621, p<0,001, e un miglioramento nel gruppo 3DVG con Bonferroni t=5,544, p<0,001 ¹⁾. I partecipanti con una soglia di stereopsi basale più alta tendevano a mostrare un miglioramento maggiore. Non si sono verificati cambiamenti significativi nella sensibilità al contrasto binoculare (F=0,423, p=0,524), indicando un miglioramento specifico della stereopsi.

Studi precedenti hanno riportato un miglioramento dell’acuità visiva e della stereopsi in adulti ambliopi tramite videogiochi 3D (Li et al. 2011, 2018). Come implicazione clinica di questo studio, è stato suggerito che l’addestramento con videogiochi 3D potrebbe essere utile per migliorare la stereopsi in pazienti con anomalie della visione binoculare¹⁾.

Trattamento binoculare e apprendimento percettivo dell’ambliopia

Il trattamento binoculare (dicottico) mirato alla soppressione è studiato come approccio per migliorare la funzione dell’occhio ambliopico in condizioni binoculari. Inoltre, Ding & Levi (2011) hanno riportato il recupero della visione stereoscopica tramite apprendimento percettivo in adulti con anomalie binoculari, suggerendo che la plasticità potrebbe persistere oltre il periodo critico.

Q I videogiochi 3D possono migliorare la visione stereoscopica?

Uno studio di Li et al. (2024) ha mostrato che adulti normali che giocano a videogiochi 3D per 40 ore migliorano la visione stereoscopica di circa il 33%. Tuttavia, si tratta di un risultato a livello di ricerca e non di una pratica medica standard consolidata. Per l’applicazione clinica è necessaria la consultazione con il medico curante.

8. Riferimenti

Li RW, Li BZ, Chat SW, Patel SS, Chung STL, Levi DM. Playing three-dimensional video games boosts stereo vision. Curr Biol. 2024;34(11):2492-2500.e4.
Rucker JC, Kennard C, Leigh RJ. The neuro-ophthalmological examination. Handb Clin Neurol. 2011;102:71-94. PMID: 21601063.
Warburg M. [Development of sight]. Ugeskr Laeger. 1991;153(22):1571-5. PMID: 2058015.