Luz visible
Los humanos somos animales muy visuales, de hecho, el 90% de la información del mundo que nos rodea se hace a través del sentido de la vista. Lo que vemos es la “luz”. Sin embargo, lo que en realidad vemos es sólo una pequeñísima parte del espectro electromagnético. Los humanos solamente podemos ver la frecuencia de onda entre 380 a 760 nanómetros de la radiación electromagnética producida por el sol, lo que se conoce como “luz visible” (Fig.1) Nuestros ojos no están diseñados para detectar frecuencias de onda con energías menores o mayores a las mencionadas, así que no podemos “ver” otros tipos de energía tal como los rayos gamma, ondas de radio, etc. Curiosamente, la serpiente cascabel puede detectar radiación electromagnética infrarroja y utilizar esta habilidad para encontrar su presa.
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| fig. 1 Espectro visible de luz |
El ojo y las células fotoreceptoras
OJO: Órgano que capta las sensaciones luminosas y los colores.Tiene la forma de un globo, con una parte frontal incolora y transparente. La luz queda recogida por el poder refringente de los tejidos y se proyecta como una imagen nítida, invertida, en la placa interior del globo ocular.
Esta placa interior, la retina , contiene células sensoriales cónicas de dos pares de colores contrastantes (rojo verdoso, azul amarillentos) y células sensoriales en forma de bastoncillos.
Cada célula sensorial está conectada con una fibra nerviosa: las fibras quedan recogidas en el nervio óptico, que pasa por un orificio de la fosa ocular y llega a la corteza cerebral, donde se percibe la visión.
El diámetro del ojo es de unos 24 mm. y pesa 7.5 grs
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| fig. 2 Estructura del ojo |
Rodeando el globo ocular pueden distinguirse tres membranas, la exterior, que es la membrana esclerótica, dura, está compuesta por un tejido fibroso fuerte que no transparenta más que por la parte frontal en el sector incoloro y transparente llamado córnea que es más convexa que el globo ocular y no tiene ningún vaso sanguíneo.
Dentro de la esclerótica se halla la membrana vascular o coroides formada por un fino tejido fibroso, rica en vasos sanguíneos y conductos linfáticos. En el borde de la córnea, la coroides se engrosa formando el llamado cuerpo ciliar. Llegada a este punto se divide en una finísima capa que rodea la córnea y otro sector que forma una pantalla agujereada.El agujero redondeado es la PUPILA.
Según que la membrana vascular contenga más o menos pigmento, los ojos se presentan en esta zona con colores diversos (azul, marrón).Por ello esta parte se denomina el IRIS.
Interiormente a la capa vascular o coroides se halla la RETINA, sensible a la luz, que forra todo el globo ocular, incluida la parte posterior del Iris y sólo deja libre la pupila.
El contenido del globo ocular es tan incoloro y transparente como el cristal. El iris divide el globo ocular en una pequeña parte frontal y en una parte posterior mayor. En ésta última, cerca del Iris y por detrás del mismo se halla el CRISTALINO. Este está formado por tejido epitelial transparente y es convexo a ambas superficies (de ambos lados). Se halla alojado en una cápsula fuerte y elástica con un juego de ligamentos (zónula) mediante los que el cristalino queda suspendido del cuerpo ciliar, es decir, la parte más densa de la membrana coroides.
Entre la parte frontal del globo ocular y el juego de ligamentos suspensores, existe un espacio estrecho lleno de un líquido incoloro llamado HUMOR ACUOSO que llena las cámaras anterior (de la córnea al iris) y posterior (del iris al cristalino) del ojo. El espacio está lleno de un tejido acuoso transparente y fibroso, denominado HUMOR VÍTREO.
FORMACIÓN DE LA IMAGEN
La retina está constituida por una gran cantidad de células contiguas, sensibles a la luz, cada una de las cuales posee su propia fibra nerviosa.La esclerótica, las cámaras anterior y posterior del ojo, el cristalino y el humor vítreo, proyectan con su efecto combinado de lente, una imagen nítida, invertida, sobre la retina.
La imagen está formada por puntos correspondientes a las células sensibles a la luz. El ojo puede compararse a una cámara fotográfica.Pues el ojo tiene una cámara oscura (la capa pigmentaria de la retina) y una lente convergente (las partes transparentes del ojo (especialmente el cristalino)).
Pero el ojo es capaz de apreciar detalles inalcanzables por una cámara fotográfica. Debido a la forma esférica del ojo, la retina no es plana sino curva, por lo cual los objetos que están situados exactamente delante del ojo, así como los situados fuera de su eje, pueden verse con absoluta nitidez. En la cámara fotográfica la distancia lente-película se acomoda a la distancia del objeto. Cuando más cerca está el objeto más hacia delante ha de llevarse la lente.
La trayectoria de la luz en el ojo: Los rayos de luz atraviesan la córnea, el humor acuoso, el cristalino y el humor vítreo, y llegan finalmente a la retina, donde forman una imagen invertida. Al pasar de un medio al otro sufren una cierta desviación, pero la más importante de ellas tiene lugar en el cristalino, la lente del ojo.
Cuando deseamos ver un objeto que se halla cerca debemos enfocarlo. Para ello el músculo ciliar del cristalino hace que varíe la curvatura de éste, con lo que se consigue que los rayos de luz se desvíen. Además, la pupila se contrae, con lo que aumenta la profundidad de campo de todo el sistema, lo mismo que sucede en las cámaras fotográficas al cerrar el diafragma.
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| fig. 3 Enfoque del ojo |
No todas las personas pueden enfocar perfectamente. A partir de los cuarenta años, aproximadamente, casi todo el mundo tiene la vista cansada. Ello hace imposible enfocar a distancias muy pequeñas, por lo que deben llevarse gafas para leer. Otro trastorno es la miopía, (imagen abajo) que impide ver de lejos y se debe a que el globo ocular es demasiado alargado. La imagen visual no se forma entonces en la retina, sino por delante de ella. Para corregir la miopía deben llevarse lentes cóncavas. El caso contrario es la hipermetropía. Los hipermétropes tienen el globo ocular demasiado achatado y la imagen se formaría por detrás del plano de la retina. Por tanto, la visión de cerca no es posible y deben llevarse lentes convexas.
Las personas miopes ven borrosos los objetos alejados, mientras que perciben los cercanos con mayor nitidez. Otros síntomas son dolor de cabeza y vista cansada. La miopía aparece conforme crece el globo ocular, por lo que comienza en la infancia y puede empeorar durante la adolescencia.
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| fig 4. Defectos comunes del sistma optico del ojo |
Fotorreceptores
La retina el tejido del ojo sensible a la luz , consta de unos 130 millones de neuronas dispuestas en varias capas, su función es transformar la radiación de la luz en señales que puedan ser enviadas al cerebro, donde producen la sensación de visión. Contiene millones de células visuales llamadas fotorreceptores (responden a la luz) que generan impulsos eléctricos que viajan, a través del nervio óptico, hacia el cerebro. Hay dos clases de fotorreceptores en la retina: los conos y los bastones. Estas células están implantadas en la Túnica interna la cual esta constituida por 10 capas, que incluyen los conos y bastones, 4 tipos de neuronas, las células bipolares, ganglionares, horizontales y amacrinas.
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| fig. 5 Estructura de la retina |
Cada uno de los bastones y conos esta dividido en un segmento externo y un segmento interno, además de una zona sináptica.
El segmento externo consiste en cilos modificados constituidos por pilas de sáculos aplanados o más bien discos con membranas , estos contienen el pigmento que reacciona al estímulo luminoso e inician los potenciales de acción en todas las vías visuales. El segmento Interno contiene el núcleo y el citoplasma con sus organelos correspondientes, especialmente un abundante número de mitocondrias que suministran la energía para el funcionamiento de los fotorreceptores.
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| fig. 6 Fotorreceptores de la retina |
Los bastones son más sensitivos a los cambios de luz y oscuridad, formas (bultos), movimientos y contienen un solo pigmento sensitivo a la luz. Por lo tanto los bastones no sirven para la visión de colores. Sin embargo, en una habitación en penumbra, utilizamos principalmente los bastones, pero no percibimos los colores. Los bastones se diría que sirven para ver de noche,son más numerosos que los conos en la periferia de la retina.
Los conos no son tan sensitivos a la luz como los bastones. Sin embargo, son muy sensitivos a cada uno de los tres colores básicos que componen la luz ( verde , rojo y azul ) Las señales que los conos envían a través del nervio óptico al cerebro son traducidos en percepción de los colores. Los conos sin embargo, trabajan solamente cuando la luz es brillante. Por eso no se pueden apreciar bien los colores en lugares oscuros. En resumen los conos sirven para ver de día, se usan para la visión de color y detectar finos detalles. Hay 6 millones de conos en la retina humana.
La estimulación de los fotorreceptores se inicia por la absorción de la luz por el pigmento visual y el efecto fotoquímico correspondiente; ello lleva consigo cambios de permeabilidad iónica y génesis de potencial receptor que, desde el segmento externo, pasa al segmento interno y se transmite a la región sináptica donde, mediada por un transmisor, la señal alcanza otras neuronas retinianas (bipolares y horizontales).
Los fotorreceptores son distintos al resto de receptores sensoriales pues no detectan impulsos nerviosos típicos; sin embargo, en los bastones y conos, al ser alcanzados por la luz, se establecen unas ciertas condiciones físico-químicas que van a desencadenar el impulso de otras células nerviosas. Donde si se detectan los impulsos nerviosos es en el nervio óptico, por fibras nerviosas de las células ganglionares.
Fotoquímica de la visión
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| fig. 7 Fotoquimica de la vision |
La rodopsina se sintetiza en ausencia relativa de luz y su síntesis implica la actuación de una enzima con aporte de energía metabólica para la reducción de todo el trans-retinal a cis-retinal. Después, este cis-retinal se recombina con la opsina para formar de nuevo rodopsina.
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| fig. 8 Regulacion por GMP cicilico |
2) GENERACIÓN DEL POTENCIAL RECEPTOR. En los conos y bastones no existe potencial de acción, sólo un potencial receptor que se transmite al resto de las células nerviosas, siendo las células ganglionares las encargadas de transmitir los potenciales de acción a través del nervio óptico.
El mecanismo de producción del potencial receptor es el siguiente: la bomba Na+/K+ está restringida a la membrana que rodea el núcleo y el segmento interno impulsa continuamente iones Na+ desde el interior al exterior y, por tanto, crea un potencial negativo dentro de la célula. Sin embargo, en oscuridad, la membrana del segmento externo se hace permeable y deja pasar fácilmente el Na+ y así neutraliza en gran parte la negatividad del interior de toda la célula, dando un potencial receptor a los bastones de -25 a -30 mV. Este potencial receptor es proporcional al logaritmo de la intensidad de la luz, y así el ojo puede distinguir entre intensidades luminosas muy variadas. Cuando la rodopsina se expone a la luz, se descompone y esto hace disminuir la conductancia de los iones Na+ hacia el interior del bastón, aunque sigan impulsándose iones desde el segmento interno hacia el exterior. De esta forma, resulta que hay salida de iones positivos sin la correspondiente entrada de los mismos por el segmento externo; lo que produce aumento de la negatividad intracelular (estado de hiperpolarización), alcanzándose valores de -90 mV.
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| fig. 9 Fototransduccion en bastones y conos |
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| fig. 10 Efectos de la luz en los bastones |
Puesto que la membrana plasmática del bastón está separada de la de los discos que contienen el pigmento fotosensible, el efecto de la disminución de la permeabilidad para el Na+ debe depende de un mediador químico como es el GMPc. Al parecer, el GMPc se encarga de mantener los canales de Na+ en configuración abierta; la luz activa una proteína, llamada transducina, en la membrana del fotorreceptor que promueve la acción de una fosfodiesterasa que hidroliza el GMPc, lo que hace que los canales de Na+ se cierren y la membrana se hiperpolarize.
Visión cromática
La visión cromática de los mamíferos domésticos es parecida a la que presentan los humanos con defectos en la visión de los colores. De cualquier forma, debemos decir que existe mucha controversia en relación a afirmar que especies perciben una visión cromática tal y como nosotros, los humanos, la entendemos. Como ya se ha comentado anteriormente, los conos son los fotorreceptores adaptados para percibir visión cromática diurna. Según la teoría de Young-Helmholtz, los animales con visión cromática presentan al menos dos, y en los mamíferos superiores, tres tipos diferentes de pigmentos en sus conos; cada uno de los cuales tiene máxima sensibilidad a uno de los tres colores primarios (azul, verde y rojo ). Son los pigmentos denominados, respectivamente: "pigmento sensible al azul", "pigmento sensible al verde" y "pigmento sensible al rojo". Cualquier percepción del color puede ser interpretada a partir de alguna combinación de estos tres colores primarios.
Percepción
La percepción visual es la interpretación o discriminación de los estímulos externos visuales relacionados con el conocimiento previo y el estado emocional del individuo.
Percepción visual es un proceso activo mediante el cual el cerebro transforma la información lumíca que capta el ojo en una recreación de la realidad externa o copia de ella, que es personal, basada en programas genéticamente determinados y que adquiere una tonalidad emocional única.
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| fig 11 Areas de proyeccion visual en la corteza visual primaria |
Ojo y cerebro tienden a comprender y organizar lo que vemos imponiéndole un sentido racional aunque particularizado por la experiencia de cada individuo. Tras esa primera función de reconocimiento, nuestro sentido de la percepción entra en una fase analítica que comprende la interpretación y organización del estímulo percibido, mediante la cual se estructuran los elementos de esa información, distinguiendo entre fondo y figura, contornos, tamaños, contrastes, colores, grupos, etc. Igualmente por la percepción tendemos a complementar aquellos elementos que puedan dar definición, simetría, continuidad, unificación y "buena forma" a la información visual.
Referencias
GANONG, William. Fisiologia Medica 18ª. Edicion. Editorial Manual moderno Mexico DF.
http://www.uco.es/organiza/departamentos/publicaciones/fisiovet/tema4.html
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