5.4: Visión
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Objetivos de aprendizaje
- Describir la anatomía básica del sistema visual
- Discutir cómo las varillas y los conos contribuyen a diferentes aspectos de la visión
- Describir cómo se utilizan las señales monoculares y binoculares en la percepción de profundidad
El sistema visual construye una representación mental del mundo que nos rodea. Esto contribuye a nuestra capacidad de navegar con éxito a través del espacio físico e interactuar con individuos y objetos importantes en nuestros entornos. Esta sección proporcionará una visión general de la anatomía básica y función del sistema visual. Además, exploraremos nuestra capacidad para percibir el color y la profundidad.
Anatomía del Sistema Visual
El ojo es el principal órgano sensorial involucrado en la visión. Las ondas de luz se transmiten a través de la córnea y entran al ojo a través de la pupila. La córnea es la cubierta transparente sobre el ojo. Sirve como barrera entre el ojo interno y el mundo exterior, y se involucra en enfocar las ondas de luz que ingresan al ojo. La pupila es la pequeña abertura en el ojo por la que pasa la luz, y el tamaño de la pupila puede cambiar en función de los niveles de luz así como de la excitación emocional. Cuando los niveles de luz son bajos, la pupila se dilatará, o se expandirá, para permitir que entre más luz al ojo. Cuando los niveles de luz son altos, la pupila se contraerá, o se volverá más pequeña, para reducir la cantidad de luz que ingresa al ojo. El tamaño de la pupila está controlado por músculos que están conectados al iris, que es la porción coloreada del ojo.
Después de pasar por la pupila, la luz cruza la lente, una estructura curva y transparente que sirve para proporcionar un enfoque adicional. La lente está unida a músculos que pueden cambiar su forma para ayudar a enfocar la luz que se refleja desde objetos cercanos o lejanos. En un individuo de visión normal, el cristalino enfocará las imágenes perfectamente en una pequeña muesca en la parte posterior del ojo conocida como la fóvea, que es parte de la retina, el revestimiento sensible a la luz del ojo. La fóvea contiene células fotorreceptoras especializadas densamente empaquetadas. Estas células fotorreceptoras, conocidas como conos, son células detectoras de luz. Los conos son tipos especializados de fotorreceptores que funcionan mejor en condiciones de luz brillante. Los conos son muy sensibles a los detalles agudos y proporcionan una tremenda resolución espacial. También están directamente involucrados en nuestra capacidad de percibir el color.
Mientras que los conos se concentran en la fóvea, donde las imágenes tienden a enfocarse, los bastones, otro tipo de fotorreceptores, se localizan a lo largo del resto de la retina. Las varillas son fotorreceptores especializados que funcionan bien en condiciones de poca luz, y si bien carecen de la resolución espacial y la función de color de los conos, están involucradas en nuestra visión en ambientes con poca luz así como en nuestra percepción del movimiento en la periferia de nuestro visual campo.
Todos hemos experimentado las diferentes sensibilidades de los bastones y conos al hacer la transición de un ambiente con mucha luz a un ambiente con poca luz. Imagina ir a ver una película de gran éxito en un claro día de verano. Al caminar desde el vestíbulo brillantemente iluminado hacia el teatro oscuro, nota que inmediatamente tiene dificultades para ver mucho de cualquier cosa. Después de unos minutos, comienzas a ajustarte a la oscuridad y podrás ver el interior del teatro. En el ambiente brillante, tu visión estuvo dominada principalmente por la actividad de cono. A medida que te mueves al ambiente oscuro, la actividad de la vara domina, pero hay un retraso en la transición entre las fases. Si tus bastones no transforman la luz en impulsos nerviosos tan fácil y eficientemente como deberían, tendrás dificultades para ver con poca luz, condición conocida como ceguera nocturna.
Los bastones y conos están conectados (a través de varias interneuronas) a células ganglionares retinianas. Los axones de las células ganglionares de la retina convergen y salen por la parte posterior del ojo para formar el nervio óptico. El nervio óptico transporta información visual desde la retina hasta el cerebro. Hay un punto en el campo visual llamado punto ciego: Incluso cuando la luz de un objeto pequeño se enfoca en el punto ciego, no lo vemos. No somos conscientes de nuestros puntos ciegos por dos razones: Primero, cada ojo obtiene una visión ligeramente diferente del campo visual; por lo tanto, los puntos ciegos no se superponen. Segundo, nuestro sistema visual rellena el punto ciego para que aunque no podamos responder a la información visual que se produce en esa parte del campo visual, tampoco somos conscientes de que falta información.
El nervio óptico de cada ojo se funde justo debajo del cerebro en un punto llamado quiasma óptico. Como muestra la siguiente figura, el quiasma óptico es una estructura\(X\) conformada que se asienta justo debajo de la corteza cerebral en la parte frontal del cerebro. En el punto del quiasma óptico, la información del campo visual derecho (que proviene de ambos ojos) se envía al lado izquierdo del cerebro, y la información del campo visual izquierdo se envía al lado derecho del cerebro.
Una vez dentro del cerebro, la información visual se envía a través de una serie de estructuras al lóbulo occipital en la parte posterior del cerebro para su procesamiento. La información visual puede procesarse en vías paralelas que generalmente pueden describirse como la ruta “qué camino” y la ruta de “dónde y cómo”. El “qué camino” está involucrado en el reconocimiento e identificación de objetos, mientras que el “camino de dónde y cómo” se involucra con la ubicación en el espacio y cómo uno podría interactuar con un estímulo visual particular (Milner & Goodale, 2008; Ungerleider y Haxby, 1994). Por ejemplo, cuando ves una pelota rodando por la calle, el “qué camino” identifica qué es el objeto, y el “camino de dónde y cómo” identifica su ubicación o movimiento en el espacio.
Percepción de Color y Profundidad
No vemos el mundo en blanco y negro; tampoco lo vemos como bidimensional (\(2-D\)) o plano (solo altura y ancho, sin profundidad). Veamos cómo funciona la visión del color y cómo percibimos tres dimensiones (alto, ancho y profundidad).
Visión del color
Los individuos con visión normal tienen tres tipos diferentes de conos que median la visión del color. Cada uno de estos tipos de cono es máximamente sensible a una longitud de onda de luz ligeramente diferente. Según la teoría tricromática de la visión del color, mostrada en la figura, todos los colores del espectro se pueden producir combinando rojo, verde y azul. Los tres tipos de conos son cada uno receptivos a uno de los colores.
La teoría tricromática de la visión del color no es la única teoría; otra teoría importante de la visión del color se conoce como la teoría del proceso oponente. Según esta teoría, el color está codificado en pares rivales: negro-blanco, amarillo-azul y verde-rojo. La idea básica es que algunas células del sistema visual son excitadas por uno de los colores del oponente e inhibidas por la otra. Entonces, una célula que estaba excitada por longitudes de onda asociadas al verde sería inhibida por las longitudes de onda asociadas con el rojo, y viceversa. Una de las implicaciones del procesamiento del oponente es que no experimentamos como colores los rojos verdosos o los azules amarillentos. Otra implicación es que esto lleva a la experiencia de imágenes secundarias negativas. Una imagen secundaria describe la continuación de una sensación visual después de la eliminación del estímulo. Por ejemplo, cuando miras brevemente al sol y luego apartas la mirada de él, aún puedes percibir una mancha de luz aunque se haya eliminado el estímulo (el sol). Cuando el color está involucrado en el estímulo, los emparejamientos de color identificados en la teoría oponente-proceso conducen a una imagen residual negativa. Puedes probar este concepto usando la bandera de la siguiente figura:
Pero estas dos teorías —la teoría tricromática de la visión del color y la teoría del proceso oponente— no son mutuamente excluyentes. Las investigaciones han demostrado que solo se aplican a diferentes niveles del sistema nervioso. Para el procesamiento visual en la retina, se aplica la teoría tricromática: los conos responden a tres longitudes de onda diferentes que representan rojo, azul y verde. Pero una vez que la señal pasa por la retina en su camino hacia el cerebro, las células responden de una manera consistente con la teoría del proceso oponente (Land, 1959; Kaiser, 1997).
Percepción de profundidad
Nuestra capacidad para percibir relaciones espaciales en el espacio tridimensional (\(3-D\)) se conoce como percepción de profundidad. Con la percepción de profundidad, podemos describir las cosas como estar al frente, detrás, arriba, abajo, o al lado de otras cosas.
Nuestro mundo es tridimensional, por lo que tiene sentido que nuestra representación mental del mundo tenga propiedades tridimensionales. Utilizamos una variedad de señales en una escena visual para establecer nuestro sentido de profundidad. Algunas de estas son señales binoculares, lo que significa que dependen del uso de ambos ojos. Un ejemplo de una señal de profundidad binocular es la disparidad binocular, la visión ligeramente diferente del mundo que recibe cada uno de nuestros ojos. Para experimentar esta visión ligeramente diferente, haz este sencillo ejercicio: extiende tu brazo completamente y extiende uno de tus dedos y concéntrate en ese dedo. Ahora, cierra el ojo izquierdo sin mover la cabeza, luego abre el ojo izquierdo y cierra el ojo derecho sin mover la cabeza. Notarás que tu dedo parece cambiar a medida que alternas entre los dos ojos debido a la vista ligeramente diferente que cada ojo tiene de tu dedo.
Una\(3-D\) película funciona con el mismo principio: las gafas especiales que usas permiten que las dos imágenes ligeramente diferentes proyectadas en la pantalla sean vistas por separado por tu ojo izquierdo y derecho. A medida que tu cerebro procesa estas imágenes, tienes la ilusión de que el animal saltando o la persona que corre viene directo hacia ti.
Aunque confiamos en señales binoculares para experimentar profundidad en nuestro\(3-D\) mundo, también podemos percibir profundidad en\(2-D\) matrices. Piensa en todas las pinturas y fotografías que has visto. Generalmente, captas profundidad en estas imágenes a pesar de que el estímulo visual lo es\(2-D\). Cuando hacemos esto, estamos confiando en una serie de señales monoculares, o señales que requieren solo un ojo. Si crees que no puedes ver la profundidad con un ojo, ten en cuenta que no te encuentras con las cosas cuando usas solo un ojo al caminar y, de hecho, tenemos más señales monoculares que binoculares.
Un ejemplo de una señal monocular sería lo que se conoce como perspectiva lineal. La perspectiva lineal se refiere al hecho de que percibimos profundidad cuando vemos dos líneas paralelas que parecen converger en una imagen. Algunas otras señales de profundidad monocular son la interposición, la superposición parcial de objetos y el tamaño relativo y cercanía de las imágenes al horizonte.
Profundizar: Estereoblindness
Bruce Bridgeman nació con un caso extremo de ojo vago que resultó en que fuera estereocigado, o incapaz de responder a señales binoculares de profundidad. Confiaba en gran medida en las señales de profundidad monocular, pero nunca tuvo una verdadera apreciación de la\(3-D\) naturaleza del mundo que lo rodeaba. Todo esto cambió una noche de 2012 mientras Bruce estaba viendo una película con su esposa.
Se rodó en la película que la pareja iba a ver\(3-D\), y a pesar de que pensó que era una pérdida de dinero, Bruce pagó las\(3-D\) gafas cuando compró su boleto. Tan pronto como comenzó la película, Bruce se puso las gafas y experimentó algo completamente nuevo. Por primera vez en su vida apreció la verdadera profundidad del mundo que le rodea. Sorprendentemente, su capacidad para percibir la profundidad persistió fuera del cine.
Hay células en el sistema nervioso que responden a señales de profundidad binocular. Normalmente, estas células requieren activación durante el desarrollo temprano para persistir, por lo que los expertos familiarizados con el caso de Bruce (y otros como el suyo) asumen que en algún momento de su desarrollo, Bruce debió haber experimentado al menos un momento fugaz de visión binocular. Fue suficiente para asegurar la supervivencia de las células en el sistema visual sintonizado a las señales binoculares. El misterio ahora es por qué Bruce tardó casi\(70\) años en activar estas células (Peck, 2012).
Resumen
Las ondas de luz atraviesan la córnea y entran en el ojo por la pupila. El cristalino del ojo enfoca esta luz para que la imagen se enfoque sobre una región de la retina conocida como la fóvea. La fóvea contiene conos que poseen altos niveles de agudeza visual y funcionan mejor en condiciones de luz brillante. Las varillas se encuentran en toda la retina y funcionan mejor bajo condiciones de luz tenue. La información visual sale del ojo a través del nervio óptico. La información de cada campo visual se envía al lado opuesto del cerebro en el quiasma óptico. La información visual luego se mueve a través de una serie de sitios cerebrales antes de llegar al lóbulo occipital, donde se procesa.
Dos teorías explican la percepción del color. La teoría tricromática afirma que tres grupos de conos distintos están sintonizados a longitudes de onda de luz ligeramente diferentes, y es la combinación de actividad a través de estos tipos de conos lo que da como resultado nuestra percepción de todos los colores que vemos. La teoría oponente-proceso de la visión del color afirma que el color se procesa en pares oponentes y da cuenta del interesante fenómeno de una imagen secundaria negativa. Percibimos la profundidad a través de una combinación de señales de profundidad monocular y binocular.
Glosario
- afterimage
- continuación de una sensación visual después de la eliminación del estímulo
- señal binocular
- taco que se basa en el uso de ambos ojos
- disparidad binocular
- visión ligeramente diferente del mundo que recibe cada ojo
- punto ciego
- punto donde no podemos responder a la información visual en esa parte del campo visual
- cono
- fotorreceptor especializado que funciona mejor en condiciones de luz brillante y detecta color
- córnea
- recubrimiento transparente sobre el ojo
- percepción de profundidad
- capacidad de percibir la profundidad
- fóvea
- pequeña muesca en la retina que contiene conos
- iris
- porción coloreada del ojo
- lente
- estructura curvada y transparente que proporciona un enfoque adicional para que la luz entre en el ojo
- perspectiva lineal
- percibir profundidad en una imagen cuando dos líneas paralelas parecen converger
- taco monocular
- taco que requiere un solo ojo
- teoría del proceso oponente de la percepción del color
- el color está codificado en pares rivales: negro-blanco, amarillo-azul y rojo-verde
- quiasma óptica
- Estructura en forma de X que se encuentra justo debajo de la superficie ventral del cerebro; representa la fusión de los nervios ópticos de los dos ojos y la separación de la información de los dos lados del campo visual al lado opuesto del cerebro
- nervio óptico
- lleva información visual desde la retina hasta el cerebro
- fotorreceptor
- célula detectora de luz
- pupila
- pequeña abertura en el ojo a través de la cual pasa la luz
- retina
- Revestimiento del ojo sensible a la luz
- varilla
- fotorreceptor especializado que funciona bien en condiciones de poca luz
- teoría tricromática de la percepción del color
- la visión del color está mediada por la actividad a través de los tres grupos de conos