La vista es uno de los sentidos humanos más valiosos. Si bien el sistema visual es una parte relativamente compleja del cerebro, el proceso lo impulsa un humilde elemento óptico: el ojo. Forma imágenes en la retina, donde los fotorreceptores absorben la luz. Con su ayuda, las señales eléctricas se transmiten a la corteza visual para su posterior procesamiento.
Los principales elementos del sistema óptico del ojo: la córnea y el cristalino. Perciben la luz y la proyectan sobre la retina. Vale la pena señalar que el dispositivo del ojo es mucho más simple que el de las cámaras con múltiples lentes creadas a su semejanza. A pesar de que solo dos elementos desempeñan el papel de lentes en el ojo, esto no afecta la percepción de la información.
Luz
La naturaleza inherente de la luz también afecta algunas características del sistema óptico del ojo. Por ejemplo, la retina es más sensible en la parte central para la percepción del espectro visible, correspondiente al espectro de radiación del Sol. La luz puede verse como transversal.onda electromagnética. Las longitudes de onda visibles desde aproximadamente el azul (400 nm) hasta el rojo (700 nm) constituyen solo una pequeña fracción del espectro electromagnético.
Es interesante notar que la naturaleza de la partícula de luz (fotón) también puede afectar la visión bajo ciertas condiciones. La absorción de fotones se produce en los fotorreceptores según las reglas de un proceso aleatorio. En particular, la intensidad de la luz que llega a cada fotorreceptor determina únicamente la probabilidad de absorber un fotón. Esto limita la capacidad de ver con poca luminosidad y adapta el ojo a la oscuridad.
Transparencia
En los sistemas ópticos artificiales se utilizan materiales transparentes: vidrio o plásticos con fijador refractivo. De manera similar, el ojo humano debe formar imágenes de alta resolución a gran escala utilizando tejido vivo. Si la imagen proyectada en la retina es demasiado borrosa, borrosa, el sistema visual no funcionará correctamente. La razón de esto puede ser enfermedades oculares y neuronales.
Anatomía del ojo
El ojo humano se puede describir como una estructura casi esférica llena de líquido. El sistema óptico del ojo consta de tres capas de tejidos:
- externo (esclerótica, córnea);
- interno (retina, cuerpo ciliar, iris);
- intermedio (coroides).
En los humanos adultos, el ojo es una esfera de aproximadamente 24 mm de diámetro y consta de muchos componentes celulares y no celulares derivados de la línea germinal ectodérmica y mesodérmicafuentes.
La parte externa del ojo está cubierta por un tejido resistente y flexible llamado esclerótica, excepto por el frente donde la córnea transparente permite que la luz ingrese a la pupila. Otras dos capas debajo de la esclerótica: la coroides para proporcionar nutrientes y la retina, donde los fotorreceptores absorben la luz después de la formación de la imagen.
El ojo es dinámico debido a la acción de seis músculos extrínsecos para capturar y escanear el entorno visual. La luz que entra en el ojo es refractada por la córnea: una fina capa transparente libre de vasos sanguíneos, de unos 12 mm de diámetro y unos 0,55 mm de espesor en la parte central. La película lagrimal de agua sobre la córnea garantiza la mejor calidad de imagen.
La cámara anterior del ojo está llena de una sustancia líquida. El iris, dos conjuntos de músculos con un orificio central cuyo tamaño depende de la contracción, actúa como un diafragma con un color característico según la cantidad y distribución de los pigmentos.
La pupila es el orificio en el centro del iris que regula la cantidad de luz que ingresa al ojo. Su tamaño varía desde menos de 2 mm en luz brillante hasta más de 8 mm en la oscuridad. Después de que la pupila percibe la luz, el cristalino se combina con la córnea para formar imágenes en la retina. Un cristalino puede cambiar su forma. Está rodeado por una cápsula elástica y unido al cuerpo ciliar por zónulas. La acción de los músculos del cuerpo ciliar permite que el cristalino aumente o disminuya su potencia.
Retina y córnea
Hay una depresión central en la retina dondecontiene el mayor número de receptores. Sus partes periféricas dan menos resolución, pero están especializadas en movimiento ocular y detección de objetos. El campo de visión natural es bastante grande en comparación con el artificial y es de 160×130°. La mácula se encuentra cerca y funciona como un filtro de luz, que supuestamente protege la retina de enfermedades degenerativas al filtrar los rayos azules.
La córnea es una sección esférica con un radio de curvatura anterior de 7,8 mm, un radio de curvatura posterior de 6,5 mm y un índice de refracción no homogéneo de 1,37 debido a la estructura en capas.
Tamaño de los ojos y enfoque
El ojo estático promedio tiene una longitud axial total de 24,2 mm y los objetos distantes se enfocan exactamente en el centro de la retina. Pero las desviaciones en el tamaño del ojo pueden cambiar la situación:
- miopía, cuando las imágenes se enfocan delante de la retina,
- hipermetropía cuando ocurre detrás de ella.
Las funciones del sistema óptico del ojo también se violan en caso de astigmatismo, una curvatura incorrecta de la lente.
Calidad de imagen en la retina
Incluso cuando el sistema óptico del ojo está perfectamente enfocado, no produce una imagen perfecta. Varios factores influyen en esto:
- difracción de la luz en la pupila (desenfoque);
- aberraciones ópticas (cuanto más grande es la pupila, peor es la visibilidad);
- dispersión dentro del ojo.
Las formas específicas de las lentes del ojo, las variaciones del índice de refracción y las características geométricas son deficiencias del sistema óptico del ojoen comparación con sus contrapartes artificiales. El ojo normal tiene una calidad al menos seis veces menor y cada uno crea un mapa de bits original según las aberraciones presentes. Entonces, por ejemplo, la forma percibida de las estrellas variará de persona a persona.
Visión periférica
El campo central de la retina brinda la mayor resolución espacial, pero la parte periférica menos vigilante también es importante. Gracias a la visión periférica, una persona puede navegar en la oscuridad, distinguir entre el factor de movimiento y no el objeto en movimiento y su forma, y navegar en el espacio. La visión periférica es predominante en animales y aves. Además, algunos de ellos tienen un ángulo de visión de 360 ° para una mayor probabilidad de supervivencia. Las ilusiones visuales se calculan sobre las características de la visión periférica.
Resultado
El sistema óptico del ojo humano es simple y fiable y se adapta perfectamente a la percepción del mundo circundante. Aunque la calidad de lo visible es inferior a la de los sistemas técnicos avanzados, cumple con los requerimientos del organismo. Los ojos tienen una serie de mecanismos compensatorios que hacen que algunas de las posibles limitaciones ópticas sean insignificantes. Por ejemplo, el gran efecto negativo del desenfoque cromático se elimina con los filtros de color apropiados y la sensibilidad espectral de paso de banda.
En la última década, la posibilidad de corregir las aberraciones oculares usando adaptativoóptica. Actualmente, esto es técnicamente posible en el laboratorio con dispositivos correctores como lentes intraoculares. La corrección puede restaurar la capacidad de ver, pero hay un matiz: la selectividad de los fotorreceptores. Incluso si se proyectan imágenes nítidas en la retina, la letra más pequeña que se perciba requerirá múltiples fotorreceptores para interpretarla correctamente. No se distinguirán imágenes de letras más pequeñas que la agudeza visual correspondiente.
Sin embargo, los principales trastornos visuales son aberraciones débiles: desenfoque y astigmatismo. Estos casos han sido fácilmente corregidos por diversos desarrollos tecnológicos desde el siglo XIII, cuando se inventaron las lentes cilíndricas. Los métodos modernos implican el uso de lentes de contacto e intraoculares o procedimientos de cirugía refractiva con láser para editar la estructura del sistema óptico del paciente.
El futuro de la oftalmología parece prometedor. La fotónica y la tecnología de iluminación jugarán un papel clave en él. El uso de optoelectrónica avanzada permitiría nuevas prótesis para restaurar ojos hipermétropes sin eliminar tejido vivo, como ocurre actualmente. La nueva tomografía de coherencia óptica podría proporcionar una visualización 3D en tiempo real a gran escala del ojo. La ciencia no se detiene para que el sistema óptico del ojo nos permita a cada uno de nosotros ver el mundo en todo su esplendor.
