Unidad 8 Biofísica sensorial Dr. Juan José Aranda Aboy Profesor e Investigador Titular

Dr. Juan José Aranda Aboy Contenido y Objetivos Luz y Visión Fuentes luminosas. Receptores luminosos. Agudeza visual. Sonido Intensidad y Decibeles. Oído externo, medio e interno. Fenómenos de transducción. Caracterizar y explicar los elementos que integran los sistemas de percepción visual y auditiva de los seres humanos. Dr. Juan José Aranda Aboy

Dr. Juan José Aranda Aboy FÍSICA DE LA VISIÓN NATURALEZA ONDULATORIA DE LA LUZ: Escala de las ondas electromagnéticas. Reflexión y refracción de la luz. Reflexión interna total. Difracción, efectos de borde. La polarización de la luz. La dispersión de la luz. OPTICA GEOMETRICA: Lentes delgadas. Optica geométrica. FÍSICA DE LA VISIÓN: Estructura del ojo humano. Mecanismos de la visión humana. Agudeza visual. Defectos ópticos del ojo. Dr. Juan José Aranda Aboy

Naturaleza cuántica de las radiaciones electromagnéticas La teoría cuántica o de Planck postula que el elemento base de las radiaciones electromagnéticas son los cuantos o fotones. Al desplazarse en el espacio, los fotones poseen dos movimientos: Uno que realiza con velocidad uniforme en el sentido del desplazamiento y otro Oscilatorio, transversal con respecto al primero El movimiento en el sentido del desplazamiento se produce en el vacío a 300000 Km. / s. La composición de ambos movimientos da el clásico movimiento ondulatorio. Dr. Juan José Aranda Aboy

Dr. Juan José Aranda Aboy Ecuación de Planck Ev = hf ó Ev = hc /  donde h es la Constante de Planck = 6,6 x 10 e-34 Joule seg Intuitivamente aceptamos que mayor frecuencia implica mayor energía. Dr. Juan José Aranda Aboy

Campos de la radiación luminosa eléctricos magnéticos Dr. Juan José Aranda Aboy

Dr. Juan José Aranda Aboy Interferencia Estos fenómenos son el resultado de la naturaleza ondulatoria de la luz. Cuando dos ondas se superponen, los vectores resultantes son la suma de los componentes. Superposición de dos ondas monocromáticas a y b de igual frecuencia y amplitud. Dos ondas de igual amplitud desfasadas un cuarto de longitud de onda. Dos ondas iguales desfasadas media longitud de onda. Dr. Juan José Aranda Aboy

Bandas de interferencia Cuando llega un haz de luz a dos ranuras A y B: Los rayos 1 y 2 continúan en la misma dirección y siguen estando en la misma fase. Los rayos 1’ y 2’ que forman un ángulo beta con la dirección primitiva se encuentran desfasados media onda. El rayo 1” se encuentra atrasado una longitud de onda completa respecto al rayo 2”, de modo que ambos se encuentran nuevamente en fase. Entonces: 1 y 2 dan imagen luminosa, 1’ y 2’ no dan imagen, 1” y 2” vuelven a dar imagen. Las bandas luminosas y oscuras obtenidas se llaman bandas de interferencia. Dr. Juan José Aranda Aboy

Dr. Juan José Aranda Aboy Luz Reciben el nombre de luz las radiaciones electromagnéticas detectadas por el ojo humano, con longitudes de onda comprendidas entre 400 y 780 nanómetros Dr. Juan José Aranda Aboy

Luz Monocromática y Luz Blanca Luz monocromática: Está integrada por ondas de una única longitud. Luz blanca: Está integrada por ondas de todas las longitudes del espectro visible. Descomposición espectral de la luz blanca Dr. Juan José Aranda Aboy

Dr. Juan José Aranda Aboy Luz polarizada La luz común está formada por ondas que se propagan en diferentes planos que pasan por la recta de propagación del rayo. Se llama luz polarizada aquella cuyas ondas oscilan en un único plano ó sus paralelos. luz común luz polarizada Dr. Juan José Aranda Aboy

Proceso de la luz polarizada El proceso ocurre como si llegaran tarjetas en diferentes planos a un peine que deja pasar sólo aquellos planos que están orientados en la misma dirección de sus dientes: Dr. Juan José Aranda Aboy

Representación vectorial Desde el punto de vista vectorial, la luz polarizada puede representarse por un vector E perpendicular a la dirección a del rayo: Esta representación significa en realidad que la onda determinada por el vector E se propaga oscilando en el plano a determinado por aquel. Dr. Juan José Aranda Aboy

Dr. Juan José Aranda Aboy Luz coherente Existen medios que permiten obtener rayos de luz con la misma frecuencia o muy cercana. Esta luz posee alta coherencia de frecuencia. Si además, oscilan en fase, es decir, en todo momento pueden estar sus campos eléctrico y magnético modificándose de igual manera, se dice que tienen coherencia espacial. Láser: Amplificación de la luz estimulada por emisión estimulada de radiación (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) Dr. Juan José Aranda Aboy

Reflexión y Refracción Dr. Juan José Aranda Aboy

Dr. Juan José Aranda Aboy Difracción Difracción: Dr. Juan José Aranda Aboy

Sistema óptico centrado Conjunto formado por medios de distinto índice de refracción, separados por superficies esféricas cuyos centros de curvatura se hallan todos sobre una misma recta llamada eje principal del sistema. Los rayos que llegan al sistema, paralelos al eje principal, emergen de él perteneciendo a rectas que se cortan en el foco imagen F’. Los rayos incidentes pertenecientes a rectas que pasan por el foco principal, objeto F, emergen paralelos al eje principal del sistema. Los rayos pertenecientes a rectas que pasan por un punto nodal N, cuando emergen pertenecen a rectas que pasan por el segundo punto nodal N’ La imagen R’ del punto R está determinada por la intersección de todos los rayos que parten del punto R. Dr. Juan José Aranda Aboy

Elementos y propiedades de un sistema óptico centrado AB – eje principal LM – plano focal objeto L’M’ – plano focal imagen PQ – plano principal objeto P’Q’ – plano principal imagen Dr. Juan José Aranda Aboy

Efectos del alejamiento del objeto Si los planos principales están muy cercanos entre si y los puntos nodales también lo están, se puede representar un solo plano principal PP’ y un solo punto nodal equivalente N. Esto es lo que ocurre en el ojo humano. Dr. Juan José Aranda Aboy

Dr. Juan José Aranda Aboy El ojo El corte transversal del ojo muestra las principales estructuras que lo forman: Cornea Cámara anterior rellena de humor acuoso Iris Cristalino Músculos ciliares Cámara posterior rellena de humor vítreo Retina Fóvea Punto ciego Nervio óptico Dr. Juan José Aranda Aboy Estructura anatómica

Dr. Juan José Aranda Aboy Cadena óptica del ojo Integrada por la cornea (Cn), el Cristalino (Cr) y la Retina (R). Se definen los planos principales PQ y P’Q’, así como los puntos nodales N y N’ Dr. Juan José Aranda Aboy

Dimensiones del Cristalino Dr. Juan José Aranda Aboy

Dr. Juan José Aranda Aboy Ajuste focal I. Tamaño de la imagen II. Tamaño aparente: Dr. Juan José Aranda Aboy

Desplazamiento del foco imagen en la acomodación Dr. Juan José Aranda Aboy

Efecto de la contracción del músculo ciliar Dr. Juan José Aranda Aboy

Amplitud de la acomodación Dr. Juan José Aranda Aboy

Defectos de la visión: Miopía, Hipermetropía Marcha de los rayos en la miopía y la hipermetropía Dr. Juan José Aranda Aboy

Marcha de los rayos en el astigmatismo Dr. Juan José Aranda Aboy

Dr. Juan José Aranda Aboy Agudeza visual Dr. Juan José Aranda Aboy

Superposición de los campos visuales de ambos ojos Dr. Juan José Aranda Aboy

Visión del relieve: Convergencia. Dr. Juan José Aranda Aboy

Imágenes de un objeto plano en ambos ojos Dr. Juan José Aranda Aboy

Visión estereoscópica Objeto con relieve. Formación de una imagen diferente en cada ojo. Puntos correspondientes Dr. Juan José Aranda Aboy

Transductores biológicos de la señal luminosa Bastones y Conos. Dr. Juan José Aranda Aboy

Distribución en la retina Dr. Juan José Aranda Aboy

Rango de sensaciones subjetivas de iluminación La gráfica muestra el nivel de adaptación particular a la visión diurna (Fotópica) y a la nocturna (Escotópica). Dr. Juan José Aranda Aboy

Colores Aditivos y Sustractivos Dr. Juan José Aranda Aboy

Diagrama de cromaticidad CIE Dr. Juan José Aranda Aboy

Transformaciones químicas del proceso visual Espectro de absorción de la Rodopsina Dr. Juan José Aranda Aboy

Inactivación de los diferentes receptores Dr. Juan José Aranda Aboy

Teoría de los tres receptores Dr. Juan José Aranda Aboy

Curvas de Sensibilidad de los diferentes receptores A - azul, V - verde y R - rojo (R) Dr. Juan José Aranda Aboy

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Bronzino, et. al. BME Handbook Ch04, “Vision System” y Ch05 Auditory System” Davidovits,P. “Physics in Biology and Medicine” 2nd Ed. Academic Press, 2001 (ISBN 0-12-204840-7) Caps. 12, pp 151-167; y 15, pp 200-222 Frumento S.A. “Biofísica” 3ra edición. Ed. Mosby / Doyma Libros, 1995, (ISBN 84-8174-073-X) Caps. 20 al 23, pp 373-448 Jou,D.; Llebot,J.E. y Pérez García,C. “Física para Ciencias de la Vida” McGrawHill / Interamericana, 1994 (ISBN 84-481-1817-0) Caps. 5, pp 229-310; y 7, pp 381-486 Parisi,M. “Temas de Biofísica”. McGrawHill /Interamericana, 2001 (ISBN 956-278-144-5) Cap. 6, pp 107-132 Dr. Juan José Aranda Aboy