¿Cómo es que la visión nos permite percibir el mundo?

N+1 cuenta cómo los ojos y el cerebro nos ayudan a ver la realidad que nos rodea

En el sentido más simple, la visión se trata de dos ojos que reciben y procesan información sobre el mundo que los rodea. De hecho, la visión humana, por supuesto, es mucho más compleja, y la información de los sentidos pasa por varias etapas de procesamiento: tanto por el ojo como por el cerebro. N+1, junto con la Clínica de Oftalmología 3Z de Rusia, explica cómo el sistema visual humano forma una imagen de la realidad y por qué no vemos el mundo al revés.

De la época del colegio uno puede recordar cómo funcionan las lentes: dispositivos hechos de material transparente con una superficie refractiva, capaces, según su forma, de recolectar o difundir la luz que cae sobre ellos. Gracias a las lentes, tenemos cámaras, filmadoras, telescopios, binoculares y, por supuesto, lentes de contacto y anteojos que las personas usan en el mundo. El ojo humano es exactamente la misma lente, o más bien, un sistema óptico complejo que consiste en varias lentes biológicas.


La proyección del objeto a través de una lente biconvexa

La primera es la córnea, la capa externa del ojo, la parte más convexa de la misma. La córnea es una lente cóncava-convexa que toma los rayos que emanan de cada punto del objeto y los pasa a través de la cámara anterior llena de humedad y la pupila al cristalino. Esta, a su vez, es una lente biconvexa, con forma de almendra o esfera aplanada.

Una lente biconvexa recolectora: los rayos que pasan a través de su superficie, se recolectan detrás de ella en un punto, después de lo cual se forma una copia del objeto observado. Un punto interesante es que la imagen del objeto, formada en el foco posterior de tal lente, es real (es decir, corresponde al mismo objeto observable), invertida y reducida. La imagen que se forma detrás de la lente es, por lo tanto, exactamente la misma.

El hecho de que la imagen es reducida, permite que el ojo vea objetos que son varias decenas, cientos y miles de veces más grandes que él. En otras palabras, el cristalino pliega de forma compacta la imagen y se la da así a la retina, que recubre la mayor parte de la superficie interna del ojo: el lugar del foco posterior del cristalino. Juntos, la córnea y el cristalino, por lo tanto, son un componente del sistema visual, que recoge los rayos dispersos que emanan del objeto en un punto y forman su proyección en la retina. Estrictamente hablando, en realidad no hay una "imagen" en la retina: son solo rastros de fotones, que luego se convierten en una señal eléctrica mediante los receptores de la retina y las neuronas.

Resultado de imagen para partes del ojo
Estructura interna del ojo

Esta señal eléctrica se pasa luego al cerebro, donde es procesada por la corteza visual. En conjunto, estos departamentos son responsables de transformar las señales de posicionamiento del fotón, la única información que recibe el ojo, en imágenes significativas. Al mismo tiempo, el cerebro es un sistema interconectado, y no solo nuestros ojos y el sistema visual, sino también otros órganos sensoriales capaces de recibir información son responsables de cómo percibimos lo que realmente está sucediendo. No vemos el mundo al revés debido a que nuestro aparato vestibular tiene información de que estamos parados exactamente, con dos pies en el suelo, y que el árbol que crece fuera del suelo, no debe voltearse al revés.

La confirmación de esto es un experimento que el psicólogo estadounidense George Stratton se hizo a sí mismo en 1896: el científico inventó un dispositivo especial, un invertoscopio, cuyos lentes también pueden voltear la imagen de aquel que los usa. Stratton pasó una semana usando su dispositivo y no se volvió loco por la necesidad de moverse en un espacio invertido. Su sistema visual se adaptó rápidamente a las circunstancias cambiantes, y después de un par de días, el científico vio el mundo tal como estaba acostumbrado a verlo desde la infancia.

En otras palabras, no hay una sección especial en el cerebro que revierta la imagen que ha entrado en la retina: todo el sistema visual del cerebro es responsable de esto, lo cual, teniendo en cuenta la información de otros sentidos, nos permite determinar con precisión la orientación de los objetos en el espacio.

En cuanto a la retina en sí misma, para comprender cómo opera la visión, también es necesario examinar más de cerca su funcionamiento y estructura. La retina es una estructura delgada de múltiples capas en la que hay neuronas que reciben y procesan señales de luz del sistema óptico del ojo y las envían entre sí y al cerebro para su procesamiento posterior. En total, en la retina hay tres capas de neuronas y dos capas más de sinapsis, que reciben y transmiten señales de estas neuronas.

Las primeras y principales neuronas involucradas en el procesamiento de un estímulo luminoso son los fotorreceptores (neuronas sensoriales fotosensibles). Los dos tipos principales de fotorreceptores en la retina son los bastones y los conos, que recibieron su nombre por sus formas. Los bastones y los conos están rellenos con pigmentos fotosensibles -rodopsina y yodopsina, respectivamente. La rodopsina es a veces más sensible a la luz que la yodopsina, pero solo a la luz con una longitud de onda única (alrededor de 500 nanómetros en la región visible), es por eso que las neuronas que contienen rodopsina son responsables de la visión humana en la oscuridad: atrapan incluso los rayos más pequeños, ayudándonos a distinguir los contornos de los objetos, mientras que no nos permite determinar con precisión su color. Pero para la percepción del color, los fotorreceptores "diurnos" (conos) son los que funcionan.

La yodopsina fotosensible, que forma parte de los conos, es de tres tipos, dependiendo de la longitud de onda a la que es sensible. En condiciones normales, los conos del ojo humano reaccionan a la luz con una onda larga, media y corta, que corresponde aproximadamente a los colores rojo-amarillo, amarillo-verde y azul-violeta. Los conos que contienen un tipo particular de yodopsina tienen diferentes cantidades en la retina, y su equilibrio ayuda a distinguir todos los colores del mundo circundante. En el caso de que los conos con uno u otro tipo de yodopsina sean insuficientes o simplemente no tenga, entonces existe daltonismo, una característica de la visión en la que no está disponible el reconocimiento de todos o algunos colores. El tipo de daltonismo depende directamente de qué conos "no funcionan", pero se considera que la deuteranopía es la más común en los seres humanos – una condición en la que no se cuenta con conos cuya yodopsina es sensible a la luz con una longitud de onda promedio.


Manzana roja con una visión normal y una manzana vista como lo haría alguien con deuteranopia.

Al mismo tiempo, los bastones y los conos no cubren toda la capa apropiada de la superficie de la retina: también existe un lugar llamado punto ciego que no contiene receptores fotosensibles. Como no están allí, no hay nada que procese la luz dentro de esos límites, por eso los objetos que caen en el "campo de visión" del punto ciego son invisibles para los humanos. La visión de cualquier persona (afortunadamente o desafortunadamente) no permite ver estos puntos ciegos, pero algunas enfermedades conducen a la aparición de escotoma (es decir, un punto ciego a la vista) y fuera del lugar correspondiente en la retina.


Imagen de una manzana con un punto ciego central

La señal recibida y procesada por los fotorreceptores se dirige a otra capa de neuronas: las células bipolares. Estas células son una especie de intermediarios que conectan conos y bastones con células ganglionares, neuronas de la retina, que generan impulsos nerviosos y luego los transmiten a través del nervio óptico a la corteza visual del cerebro a través de un pequeño tubérculo en la superficie del tálamo.

El cuerpo geniculado lateral, que recibió señales de las células ganglionares de la retina, las transmite primero a la corteza visual primaria, la parte más evolutivamente antigua del sistema visual del cerebro (por conveniencia y brevedad, también se llama V1). En este punto, comienza la formación de una imagen real de lo que está sucediendo a nuestro alrededor: los fotones que toma el ojo comienzan a tomar forma, y ​​el color, el movimiento y otros aspectos de la imagen se convierten en actividad eléctrica. Estas señales se envían para su procesamiento a lo largo de las vías ventral y dorsal a otras partes de la corteza visual. Por ejemplo, el área visual temporal media (su número de secuencia es cinco, es decir, se le llama V5) se considera parte de la trayectoria ventral, ya que es responsable del procesamiento del movimiento, y la cuarta zona (V4) es responsable del procesamiento del color, y por lo tanto, pertenece a la ruta dorsal.

Los departamentos responsables de procesar la información de los órganos sensoriales y, como ya hemos descubierto, ayudar a reconstruir la imagen del mundo real al sistema visual no son las únicas partes del cerebro que están involucradas en el proceso de la visión. La corteza motora, que es responsable del procesamiento de los movimientos, también desempeña un papel importante porque los ojos se mueven todo el tiempo: mover la mirada ayuda a hacer un seguimiento de la imagen en movimiento o mirar algo que no se ve por completo.

Aun en un estado de calma (cuando observamos un objeto estático o incluso en el fondo), los ojos se mueven, realizando movimientos sincrónicos muy rápidos (hasta 80 milisegundos). La información que el ojo necesita para cambiar de posición se envía desde la corteza motora. Un poco antes, se envía exactamente la misma señal a la corteza visual como una llamada "copia eferente". Debido a esto, la corteza visual recibe información de que el ojo se moverá, incluso antes de que comience este movimiento, lo que ayuda a la corteza visual a ignorar los pequeños movimientos posibles.


Imagen aproximada de un objeto estático sin estabilización utilizando una copia eferente

Finalmente, queda por abordar una cosa más: por qué la imagen de la realidad, que vemos, no se divide en dos partes. Los humanos, como otros vertebrados, tenemos dos ojos. Estos se encuentran lo suficientemente cerca uno del otro: los orificios en las órbitas del cráneo aseguran que los ojos estén dispuestos de tal manera que cada uno de los ojos, por un lado, tenga su propio campo de visión (aproximadamente 90 grados para cada uno -- es decir, algo más de 180 en total) y 60 grados de campo visual central, que se intersecan con cada ojo. Gracias a esta intersección, las imágenes tomadas con uno y el otro ojo se doblan en una imagen en el centro del campo de visión general. La misma intersección de campos visuales nos proporciona una visión estereoscópica (o binocular) y la capacidad de percibir profundidad. La visión binocular se pierde en algunas formas de estrabismo, y con ellas se pierde la capacidad normal de percibir la profundidad.

Por lo tanto, el mecanismo de cómo se forma la imagen de la realidad en nuestro cerebro no es solo la óptica y de las reacciones químicas que ocurren en la retina. Nuestro cerebro juega el papel más importante en la creación de esta imagen, no solo la corteza visual, que hace que las figuras sean voluminosas, las separa del fondo y las colorea con los colores correctos.
 

Elizaveta Ivtushok 
Traducido por Victor Román
Esta noticia ha sido publicada originalmente en N+1, ciencia que suma.

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