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Biofísica da Visão
Um pouco da história...
Primeiros estudos
Teorias propostas
Teoria de Kepler
Teoria de Kepler
Qual foi a importância de Johannes Kepler
para o entendimento dos fenômenos
ópticos?
Qual era a concepção de luz e de visão de
Johannes Kepler?
Com relação à visão, quais conceitos de Kepler são adotados ainda hoje?
Emissão de luz
Ondas eletromagnéticas
http://www.cena.usp.br/irradiacao/principios_files/espectrodeondas.jpg
curiosidade Por que não enxergamos no escuro?
A evolução do olho
Origem no Cambriano Durante a explosão cambriana surgiram basicamente dois tipos de
olhos:
Composto- maioria dos artrópodes (aracnídeos, insetos,
crustáceos)
- Unidades de geração de imagem
- amplo ângulo de visão
Câmera
-única lente que foca a luz
- retina
-mandibulados: cones e bastonetes
A origem do olho Características dos olhos dos vertebrados
compartilhadas
Vertebrados mandibulados –
herdaram as características de um ancestral comum
Vertebrados sem mandíbula- ancestral comum
compartilhado há cerca de 500 milhões de anos
Ancestral comum Lampreia
Olho tipo câmara
- cristalino
-íris
-músculos oculares
- retina em três camadas
- fotorreceptores semelhantes a bastonetes
Muitas semelhanças sugerem um ancestral comum
Desenvolvimento embrionário
e origem evolutiva
Circuitos da retina de mamíferos semelhantes aos do peixe-bruxa- fotorreceptores conectando-se
diretamente com os neurônios de saída
- resquício de um período de evolução anterior ao circuito de células bipolares.
Cicatrizes da evolução
ANATOMIA COMPARADA
A evolução garantiu o surgimento de
diversas estruturas específicas que tornam
a forma de ver o mundo diferente em
alguns grupos.
Membrana Nictitante
Membrana
conjuntiva,
localizada sob
as pálpebras,
tem função
protetora e
lubrificante.
Característica
marcante em
“répteis” e aves;
também está
presente em alguns
mamíferos.
Nos seres humanos,
aparece apenas
de forma vestigial.
Tapetum Lucidum
Membrana
localizada atrás da
retina que tem a
função de refletir a
luz para que ela
seja “reabsorvida”,
aumentando a
capacidade visual,
principalmente em
ambientes escuros.
Pode ser
encontrado
em vários
animais de
hábitos
noturnos.
Comparação
OLHOS COMPOSTOS
Insetos e alguns
animais marinhos
Omatídeos
Sistema ótico
Rabdoma
Rodopsina
Olho Composto da Mosca Esquema geral
de um olho composto
TIPOS:
Aposição: Cada
omatídio é uma unidade
independente
Sobreposição:
Omatídios atuam mas em
conjunto
(A) Olho Composto de Aposição: a luz atinge os
fotorreceptores exclusivamente através da pequena lente
corneal localizada directamente acima.
(B) Olho Composto de Sobreposição: várias centenas de
facetas da córnea e de cones cristalinos recolhem e
focalizam a luz através de toda a zona clara do olho (cz)
num fotorreceptor único.
COMPARANDO
Diferente número de
pixels
Libélula - 28 mil
omatídeos
Olho humano – maior
distância entre as
lentes e os
fotorreceptores –
IMAGEM GLOBAL
Anableps anableps (Quatro-Olhos)
• Rio Amazonas
• Cada olho com
duas pupilas
• Dois ambientes
Odontodactylus scyllarus (Camarão Mantis)
Austrália
16 tipos de
fotorreceptores
12 cores primarias
6 tipos de polarização
de luz
Esquema do olho do camarão mantis,
mostrando as células R8, que superam
qualquer equipamento já feito pelo homem
com a mesma finalidade. [Imagem: Robert et
al.]
ANATOMIA DO OLHO HUMANO
PARTES DO OLHO GLOBO OCULAR - é uma esfera com cerca de 2,5 cm de diâmetro e 7 g de peso. Fica alojado nas órbitas (cavidade óssea).
CONJUNTIVA – membrana mucosa que reveste córnea,
esclerótica e superfície interna das pálpebras.
PAREDE ANTERIOR DO GLOBO OCULAR
CÓRNEA – tecido transparente às radiações eletromagnéticas
com comprimento de onda entre 370 e 740nm (faixa da luz
visível).
ESCLERÓTICA - camada externa do globo ocular (parte branca do olho). É semi-rígida, o que dá ao globo ocular seu formato e protege as camadas internas mais delicadas.
CORÓIDE – camada rica em vasos sanguíneos e melanina, responsável pela nutrição da retina. Reduz a reflexão da luz no interior do globo ocular.
RETINA – onde estão os fotorreceptores, que são células nervosas responsáveis pela detecção da luz.
CRISTALINO – lente biconvexa de geometria variável, sustentada
pelos ligamentos suspensores.
AUMENTA TENSÃO DOS LIGAMENTOS
LENTE MAIS PLANA
DIMINUI TENSÃO DOS LIGAMENTOS
LENTE MAIS CURVA
ÍRIS – membrana móvel que controla quantidade de luz que chega à retina. Sua cor determina a coloração do olho, por meio da quantidade de melanócitos.
PUPILA – abertura da íris por onde passa a luz. Dilata-se em ambiente pouca iluminado e estreita-se em ambiente com maior iluminação.
HUMOR AQUOSO – líquido de elevada transparência, situado entre a córnea e o cristalino.
HUMOR VÍTRIO – fluído gelatinoso muito transparente, com composição semelhante ao líquido extracelular. É rico em fibras colágenas e ácido hialurônico.
CANAL HIALOIDE - Resquício embrionário da artéria hialoide.
DISCO ÓPTICO - também chamado de ponto cego é a região da retina onde emerge o nervo óptico. Não há fotorreceptores.
FÓVEA – somente existem cones, células fotorreceptoras que operam sob condições de grande intensidade luminosa. (mácula lútea)
RETINA - sua função é receber ondas de luz e convertê-las em impulsos nervosos, que são transformados em percepções visuais.
Para isso, a retina conta com dois tipos de receptores visuais: CONES e BASTONETES.
Percepção das Cores
Organização Laminar da Retina
Direção da luz:
Fibras do nervo óptico
Células ganglionares
Células amácrinas
Células bipolares
Células horizontais
Células Fotorreceptoras
Organização Laminar da Retina
Camadas da Retina
• As células amácrinas e as horizontais estabelecem sinapses com bipolares e com os fotorreceptores
• Regulam a passagem de informação, inibindo ou estimulando.
Fotorreceptores
Distribuição dos Fotorreceptores
Convergência na Retina
Bastonetes:
120 milhões
Cones:
6 milhões
Células
Ganglionares:
1,2 milhões
Fototransdução • Discos Membranares:
local onde se encontram os pigmentos fotossintéticos
• Pigmento característico dos bastonetes é a Rodopsina.
• Rodopsina é constituída por uma parte proteica (opsina) e por um derivado da vitamina A (retinal).
Fotoisomerização da Rodopsina
Fototransdução
Membrana repolarizada =
Liberação de glutamato
Membrana despolarizada =
Sem liberação de glutamato
Glutamato: neurotransmissor
que transfere informação
do fotorreceptor para as
células bipolares
Teoria Tricromática da Visão
Thomas Young
Baseada na existência
de 3 cores primárias
Todas as cores que podem
ser vistas pelo olho
humano são então uma
combinação de R, G e B em
diferentes proporções
Cones Existem 3 tipos de cones:
Vermelhos (R)
Verdes (G)
Azuis (B)
Diferenciam-se pela
parte proteica do
fotorreceptor
Daltonismo
Anomalia hereditária recessiva
ligada ao cromossomo sexual X
John Dalton (1766 – 1844)
O Químico - físico Daltônico
Teste de Ishihara
Teoria Corpuscular
Teoria Ondulatória
Dois Tipos:
Fibras Ópticas
Formação da Imagem nas Lentes
Luz ,objeto e olhos
Para conseguirmos ver , precisamos que nossos olhos interceptem os raios luminosos que partem dos objetos.
Em seguida , os raios luminosos atravessam diversas estruturas até chegarem a retina onde são detectados e ocorrem os primeiros processos para a formação da imagem.
Trajetória da luz
No entanto , a luz que parte do objeto não precisa, necessariamente ir
diretamente aos olhos . Ela pode ser refletida ou sofrer refração por
lentes ou espelhos no caminho.
Imagem
Sendo assim, conforme a trajetória que os raios luminosos percorrem
passando por lentes, espelhos ou não, temos diferentes tipos de
imagem.
Imagem virtual
Formada pelo cruzamento dos prolongamentos dos raios luminosos
refletidos.
Imagem real
Formada pelo cruzamento dos próprios raios luminosos emergentes da
lente ou refletidos pelo espelho .
Lentes
Lente é um corpo transparente com duas superfícies. As lentes podem
ser convergentes ou divergentes.
Imagens produzidas por lentes
Uma lente convergente é capaz de formar uma imagem real ou uma
imagem virtual dependendo da posição do objeto em relação ao ponto
focal.
Já uma lente divergente é capaz de formar, sempre, uma imagem
virtual, qualquer que seja a distância do objeto
Poder de convergência das lentes
É medida em dioptrias (D), o inverso da distância focal.
D=1/F
Olho Reduzido Para facilitar o estudo do olho humano existe o conceito de olho
reduzido . Admite-se as substâncias presentes dentro do globo ocular
como transparentes , homogêneas e com índice de refração igual ao
da água . Além de considerar todo o poder convergente na interface ar-
córnea .
Córnea e Cristalino funcionam como lentes convergentes
A profundidade total do olho é de 20mm
Se raios luminosos partissem do olho para o exterior , a distância focal
anterior , para onde convergiriam os raios é de 15 mm a frente da
retina.
Quociente da distância focal pelo índice de refração do meio no qual
está o foco é igual para ambos os lados da córnea
Todos os meios refringentes do olho contribuem para a formação dos
objetos sobre a retina
A imagem é real , menor e invertida.
Defeitos da Visão
Um olho normal , conhecido como OLHO EMÉTROPE, é aquele capaz de projetar sobre a
retina uma imagem nítida tanto para objetos próximos como para objetos distantes. Um olho que não obedeça a estes critérios é chamado de
OLHO AMÉTROPE.
ABERRAÇÕES ÓPTICAS Aberração óptica refere- se a um
defeito pelo qual o sistema
óptico forma uma imagem
imperfeita de um objeto, ou, uma
imagem com coloração diferente
da cor da imagem real.
ABERRAÇÃO ESFÉRICA Se deve a defeitos de
esfericidade, ocorrendo
quando raios luminosos
incidem afastados do
eixo principal de lentes
muito curvas. Esses raios
convergem para focos
distantes do foco que a
lente apresenta aos raios
que estão próximos ao
eixo principal.
ABERRAÇÃO CROMÁTICA
É a dispersão produzida por lentes que possuem diferentes índices de refração para diversos comprimentos de ondas luminosas, portanto, é resultante da dispersão causada pela curvatura da lente.
miopia Consiste em uma condição na qual os olhos
são capazes de focar objetos que se encontram perto, mas não conseguem visualizar, com clareza, objetos situados mais distantes.
HIPERMETROPIA É uma anomalia
refracional, ocorre quando os raios luminosos são interceptados pela retina, antes de se formar a imagem. Pode ser classificada como axial ou refrativa.
Hipermetropia Axial Eixo do globo ocular mais curto que o normal, causando assim, dificuldades em ver de perto, sendo muito comum em crianças, uma vez que os seus olhos normalmente são menores do que o que deveriam ser, porem é normal o grau de hipermetropia diminuir na adolescência.
Aumento do raio de curvatura;
Diminuição da curvatura das faces do cristalino;
HIPERMETROPIA REFRATIVA
Diminuição do índice de refração do cristalino e humor aquoso;
Aumento do índice de refração do vítreo;
Falta do cristalino (afasia).
Visão Normal Visão com Hipermetropia
ASTIGMATISMO Pessoas com astigmatismo apresentam formato irregular da córnea ou do cristalino, gerando no olho vários focos em diferentes eixos, tornando a visão desfocada e distorcida.
Pode ser baseado em três aspectos:
Estrutura assimétrica
Meridianos principais
Foco dos meridianos principais
Baseado em estrutura assimétrica
Provocada pela irregularidade da córnea ou do cristalino.
Essas estruturas são responsáveis pela focalização dos raios luminosos.
BASEADO NOS MERIDIANOS PRINCIPAIS
Regular: quando há uma diferença de curvatura da córnea.
Irregular: quando a córnea é muito desigual.
Composto: quando é associado à outra deficiência visual.
BASEADO NO FOCO DOS MERIDIANOS PRINCIPAIS
• Astigmatismo simples
• Astigmatismo hipermétrope simples
• Astigmatismo míope simples
• Astigmatismo composto
• Astigmatismo misto
PRESBIOPIA
Também conhecida como vista cansada.
Ocorre por uma ineficiência do sistema de acomodação da visão para perto, levada pela perda da elasticidade do cristalino
ILUSÕES DE
ÓTICA
São imagens
que
“enganam” o
nosso
cérebro,
fazendo com
que ele as
interprete de
maneira
errada.
Muito usadas na arte:
Atualmente:
(vídeo- Ilusões Anamórficas)
Teste de Daltonismo
( Ishihara)
Referências • Biofísica – Eduardo A. C. Garcia
• http://www.opticatradicional.com.br/OlhoHumano.aspx
• http://forum.inforpascoa.com/duvidas_de_fotografia/1936algumas_pessoas_piscam_olhos_com_flash_de_cameras.html
• http://ciencia.hsw.uol.com.br/questao51.htm
• Imagens www.google.com.br
• Fox, S.I. (1999) Human Physiology (6ªed) McGraw-Hill.
• http://fisicaemevolucao.blogspot.com.br/2011/08/daltonismo-o-que-e-e-uma-alteracao-da.html
• http://www.cambridgeincolour.com/pt-br/tutorials/color-perception.htm
• - http://www.nature.com/nature/journal/v183/n4666/abs/183985a0.html
• -http://biociencia.org/index.php?option=com_content&task=view&id=106&Itemid=83
• - http://curiosidadeterra.blogspot.com.br/2013/10/veja-diferenca-entre-visao-humana-e-dos.html
• - http://www.portaleducacao.com.br/biologia/artigos/23765/sistema-nervoso-e-orgaos-dos-sentidos-dos-repteis
• - http://www.brasilescola.com/fisica/ilusao-optica.htm -
• www.sofisica.com.br/conteudos/Otica/Instrumentosoticos/ilus
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• http://www.brasilescola.com/fisica/luz.htm
• http://www.fisica.ufmg.br/~labexp/roteirosPDF/Polarizacao_d
a_luz.pdf
• http://www.sofisica.com.br/conteudos/Ondulatoria/Ondas/di
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• http://efisica.if.usp.br/otica/basico/refracao/reflaxao_total/
• http://www2.uol.com.br/sciam/reportagens/a_fascinante_ev
olucao_do_olho.html
• http://www.mundoeducacao.com/fisica/o-que-sao-ondas-
eletromagneticas.htm
