segunda-feira, 28 de março de 2016

Como funciona a visão humana e o disco de Benham

Figura 01 – Olho Humano. Fonte: De Olhos no Olho.
Quando olhamos na direção de algum objeto, a imagem atravessa a córnea e chega à íris, que regula a quantidade de luz recebida por meio de uma abertura chamada pupila. Quanto maior a pupila, mais luz entra no olho. Passada a pupila, a imagem chega ao cristalino, sendo projetada sobre a retina. A lente do olho produz uma imagem invertida e o cérebro a converte para a posição correta. Na retina, mais de cem milhões de células fotorreceptoras transformam as ondas luminosas em impulsos eletroquímicos, posteriormente decodificados pelo cérebro.

A maioria dos primatas possui na retina dois tipos de cones (cada um com um pigmento), sendo os bastonetes mais presentes (Casagrande e col., 2007). Alguns têm três tipos de cones (como os humanos) e a habilidade de perceber cores se dá pela capacidade de comparar diferentes comprimentos de onda absorvidos por diferentes cones (Casagrande e col., 2007). Os bastonetes são mais sensíveis à luz do que os cones (podendo responder a apenas um fóton – o equivalente à luz de uma vela a 1 km de distância) mas são de apenas um tipo, absorvendo preferencialmente comprimentos de onda próximos a 496 nm (nanômetros ou um metro dividido em um bilhão de partes). Nessas condições, como em um quarto escuro, cones não respondem e percebemos o ambiente como imagens acinzentadas (ou simplesmente sem cor). Bastonetes são extremamente importantes para a detecção de bordas e do movimento.

Inspirado no funcionamento do olho, o homem criou a máquina fotográfica. Portanto, em nossos olhos, a córnea funciona como a lente da câmera, permitindo a entrada de luz e a formação da imagem na retina. Localizada na parte interna do olho, a retina seria o filme fotográfico, onde a imagem se reproduz. A pupila funciona como o diafragma da máquina, controlando a quantidade de luz que entra no olho. Ou seja, em ambientes com muita luz a pupila se fecha e em locais escuros a pupila se dilata com o intuito de captar uma quantidade de luz suficiente para formar a imagem.

Figura 02 – Esquema Olho Humano. Fonte: Wikipedia Imagens. 

Podemos destacar as seguintes estruturas que compõem o olho humano: 

  • Cílios: São pelos localizados na borda da pálpebra e servem para proteger o olho de materiais em suspensão no ar, como a poeira. 
  • Conjuntiva: Membrana transparente que reveste a parte anterior do olho e a superfície interior das pálpebras.
  • Córnea: É o tecido transparente que cobre a pupila, a abertura da íris. Junto com o cristalino, a córnea ajusta o foco da imagem no olho. 
  • Coróide: Camada média do globo ocular. Constituída por uma rede de vasos sanguíneos, ela supre a retina de oxigênio e outros nutrientes.
  • Corpo Ciliar: Localizado atrás da íris o corpo ciliar é responsável pela formação do humor aquoso e pela acomodação, ou seja, mobilidade do cristalino. 
  • Cristalino: Lente transparente e flexível, localizada atrás da pupila. Funciona como uma lente, cujo formato pode ser ajustado para focar objetos em diferentes distâncias, num mecanismo chamado acomodação.
  • Esclera: Camada externa do globo ocular - parte branca do olho. Semi-rígida, ela dá ao globo ocular seu formato e protege as camadas internas mais delicadas.
  • Fóvea Central: Porção de cada um dos olhos que permite perceber detalhes dos objetos observados. Localizada no centro da retina, é muito bem irrigada de sangue e possibilita, através das células cônicas, a percepção das cores.
  • Humor Aquoso: Líquido transparente que preenche o espaço entre a córnea e o cristalino, sua principal função é nutrir estas partes do olho e regular a pressão interna. 
  • Humor Vítreo: Líquido que ocupa o espaço entre o cristalino e a retina.
  • Íris: É um fino tecido muscular que tem, no centro, uma abertura circular ajustável chamada de pupila.
  • Mácula Lútea: Ponto central da retina. É a região que distingue detalhes no meio do campo visual.
  • Músculos Ciliares: Ajustam a forma do cristalino. Com o envelhecimento eles perdem sua elasticidade, dificultando a focagem dos objetos próximos e provocando presbiopia. 
  • Músculos Extrínsecos: Conjunto de seis músculos responsáveis pelo movimento dos olhos. Trabalham em sincronismo, entre si, propiciando a movimentação simultânea dos olhos. Caso ocorra alguma alteração neste sincronismo teremos a deficiência ocular chamada estrabismo.
  • Nervo Óptico: É a estrutura formada pelos prolongamentos das células nervosas que formam a retina. Transmite a imagem capturada pela retina para o cérebro.
  • Pálpebras: Consideradas anexos oculares, tem como função proteger o olho na sua parte mais anterior. Através da sua movimentação (piscar), espalha a lágrima produzida pelas glândulas lacrimais, umedecendo e nutrindo a córnea e retirando substâncias estranhas que tenham alcançado o olho. 
  • Pupila: Controla a entrada de luz: dilata-se em ambiente com pouca claridade e estreita-se quando a iluminação é maior. Esses ajustes permitem que a pessoa enxergue bem à noite e evitam danos à retina quando a luz é mais forte.
  • Retina: Sua função é receber ondas de luz e convertê-las em impulsos nervosos, que são transformados em percepções visuais.


Movimentos oculares:

Os movimentos de cada globo ocular são controlados por seis músculos, que vêm do fundo das órbitas oculares e ligam-se a superfície externa dos globos. Com a contração e o relaxamento deles, você pode seguir um objeto que se desloca e explorar um campo de visão. Cada movimento exige um trabalho coordenado dos seis músculos, embora em cada caso haja "motores primários" que cumprem um papel mais importante. 

 Figura 03 – Músculo Ohos Humanos. Fonte: Wikipedia Imagens.

  1. Levantador das pálpebras: levanta e desce as pálpebras.
  2. Oblíquo superior: gira o globo para baixo e para longe do nariz.
  3. Reto superior: gira o globo para cima e para perto do nariz.
  4. Reto medial: gira o globo para os lados.
  5. Reto inferior: gira o globo para baixo e para perto do nariz.
  6. Oblíquo inferior: gira o globo para cima e para longe do nariz.

O Disco de Benham


Inventado pelo inglês Charles Benham no fim do século XIX, demonstra um efeito já conhecido na época: as cores subjetivas, que são cores que vemos quando nos mostram um padrão preto e branco em rotação de média a alta. Se você observar atentamente um disco de Beham em movimento, irá notar que repentinamente podem aparecer cores (amarelo, azul ou vermelho), onde você julgava existir apenas branco e preto.

Como isso pode acontecer? Como funciona este experimento? Primeiro, devemos entender como funciona o olho humano e suas partes. Isto está descrito nos textos acima. Podemos então, verificar que a retina do olho é composta por dois tipos de receptores sensíveis à luz: cones e bastonetes. Cones são importantes para a visão de cores e para enxergarmos quando na presença de luz, sendo que existem três tipos de cones, cada um dos quais é mais sensível a um determinado comprimento de onda da luz (cor). Estes três cones interpretam dentro destes três comprimentos as cores azul, amarelo e vermelho. Os bastonetes são importantes para ver com pouca luz, ou seja, participam de um processo que chamamos de visão no escuro, mais aguçada em outros animais como felinos e canídeos, por exemplo.

É possível que as cores apresentadas nos discos giratórios de Benham sejam o resultado de alterações que ocorram na retina e em outras partes do sistema visual. Por exemplo, os discos giratórios podem ativar zonas vizinhas da retina de maneira diferente. Em outras palavras, as áreas pretas e brancas do disco estimulam diferentes partes da retina e esta resposta alternada pode provocar algum tipo de interação dentro do sistema nervoso que gera cores.

Outra explicação é que a resposta esteja nos anéis pretos. Ao interromperem a alternância preto-branco do resto do disco, cria-se um sinal intermitente que é interpretado pelos cones como diferentes comprimentos de onda de luz e, por isso, dizem ao cérebro que estamos a ver anéis coloridos. No entanto, outros cientistas demonstraram que a atividade da área do cérebro responsável pela visão também tem uma influência muito grande para vermos estas cores subjetivas.

Uma teoria diferente diz que os diferentes tipos de cones possui tempos de atuação diferentes, ou seja, ficam ativados por diferentes períodos de tempo. Portanto, quando você girar o disco, a cor branca ativa todos os três tipos de cones, mas depois o preto desativa os mesmos. A seqüência de ativação/desativação provoca um desequilíbrio, pois os diferentes tipos de cones levam tempos diferentes para responder e permanecer ativos. Este desequilíbrio na informação vai ser passado ao cérebro como sinal eletroquímico, o que resultará em “cores”.


PARA SABER MAIS:


CASAGRANDE, V. A.; Khaytin, I. e Boyd, J. (2007) The evolution of parallel visual pathways in the brains of primates. In: Kaas, J.H., Striedter, G.F., Bullock, T.H., Preuss, T.M., Rubenstein, J., Krubitzer, L.A. (2007) Evolution of nervous systems –a comprehensive reference. Ed. Academic Press, New York, NY. 2.000 pp. Disponível em: http://www.psy.vanderbilt.edu/faculty/Casagrande/CasagrandeLab/Casagrandeetal06%28ENS%29.pdf

Por Marcelo Domingos Leal


REFERÊNCIAS


CASAGRANDE, V. A.; Khaytin, I. e Boyd, J. (2007) The evolution of parallel visual pathways in the brains of primates. In: Kaas, J.H., Striedter, G.F., Bullock, T.H., Preuss, T.M., Rubenstein, J., Krubitzer, L.A. (2007) Evolution of nervous systems –a comprehensive reference. Ed. Academic Press, New York, NY. 2.000 pp. Disponível em: http://www.psy.vanderbilt.edu/faculty/Casagrande/CasagrandeLab/Casagrandeetal06%28ENS%29.pdf

Só Fisica. Adaptação Visual. Acesso em: 2016. Disponível em: http://www.sofisica.com.br/conteudos/Otica/Instrumentosoticos/adaptacaovisual.php

Anatomia e Fisiologia Humana AFH-BIO. O Mecanismo da Visão. Acesso em: 2016. Disponível em: http://www.afh.bio.br/sentidos/Sentidos2.asp

CPVI. Como Funciona o Olho Humano. Acesso em: 2016. Disponível em: http://www.cpvi.com.br/materias/Como_funciona_o_olho_humano#.VuLyzTFVaf5

Washington Faculty. Benham Disk. Acesso em: 2016. Disponível em: http://faculty.washington.edu/chudler/benham.html

Michael Bachh. Benham’s Top. Acesso em: 2016. Disponível em: http://www.michaelbach.de/ot/col-Benham/index.html

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