Biofísica da Visão

22/04/2013

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Biofísica da Visão

BIOFÍSICA

Profª. Melissa Deuner

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Índice de Refração

A refração ocorre quando um feixe luminoso incide sobre um meio material

transparente e sofre um desvio. Considerando-se um meio transparente, como o vidro,

a luz ao incidir sobre o vidro sofre uma diminuição da sua velocidade de propagação,

quando comparada com a velocidade de propagação do feixe luminoso no ar.

Vidro

Ar

Feixes luminosos

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n = vAr

vVidro

Índice de refração do vidro

Uma forma de quantificar a refração de um meio material é por meio

do índice de refração. O índice de refração é determinado pela divisão

da velocidade de propagação da luz no ar (vAr), pela velocidade da luz

no vidro(vVidro), conforme a equação abaixo. Quanto maior a redução

da velocidade de propagação da luz, ao entrar no vidro, maior será

seu índice de refração. O índice de refração pode ser usado para

caracterizar qualquer sistema ótico, tais como, lentes, instrumentos

óticos e o olho.

Velocidade de propagação da luz no vidro

Velocidade de propagação da luz no ar

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n = = = 1,5 vAr

vVidro

Se a velocidade de propagação da luz no vidro passa para

200.000 km/s, temos que o índice de refração do vidro (n) é

de 1,5, como mostrado abaixo. Observe que o índice de

refração é uma grandeza física adimensional.

300.000 km/s

200.000 km/s


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Lente Convexa A lente convexa focaliza os feixes

luminosos de uma fonte distante,

do lado esquerdo da figura,

focalizando-o para uma ponto, no

outro lado da lente. Esse ponto é

chamado de foco, e a distância da

lente até o foco de distância focal.

foco

Lente convexa

Feixes luminosos

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Lente Côncova A lente côncova diverge os feixes

luminosos de uma fonte distante,

ao contrário da lente convexa a

lente côncova não apresenta ponto

focal.

Lente côncova

Feixes luminosos

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Poder de Refração

Podemos medir o poder de

refração de uma lente a partir do

conceito de dioptria. Definimos

dioptria como a razão entre 1 metro

e a distância focal da lente, assim

uma lente com distância focal de 1

metro apresenta poder de refração

de 1 dioptria, se a distância focal

for de 0,5 m o poder de refração é

de 2 dioptrias, com uma distância

focal de 10 cm temos 10 dioptrias.

1m

f

Poder de refração = 1m / f

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Formação de Imagem no Olho

Podemos fazer uma analogia de

uma câmara fotográfica com o olho.

Em ambos temos um sistema de

lentes, que foca a imagem de um

objeto sobre uma região específica,

no caso dos olhos, a retina, na

câmara, o filme. Como na câmara, a

imagem no olho forma-se invertida, o

cérebro corrige e interpreta a

informação como se a imagem

estivesse na posição original.

cristalino

olho

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NOSSO OLHO

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Humor aquoso

Disco ótico

Fóvea

Retina

Músculo ciliar

Câmara posterior

Nervo ótico e vasos retinais

Córnea Pupila

Anatomia do Olho

Cristalino

Humor vítreo

Íris

Zônula

Esclerótica

Coróide

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Humor aquoso (n=1,33)

Disco ótico

Fóvea

Retina

Músculo ciliar

Câmara posterior


Córnea (n=1,38) Pupila

Índice de Refração do Olho

Cristalino

(n=1,40)

Humor vítreo (n=1,34)

Íris

Zônula

Ar (n=1,0)

Esclerótica

Coróide

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Acomodação – Visão para Perto e para Longe • No olho de visão normal, a

imagem se forma sempre na

retina. Para que isto aconteça,

é necessário que o olho mude

o seu poder dióprico, conforme

a distância do objeto, e esse

mecanismo denomina-se

Acomodação.

• O responsável pelo foco é o

cristalino. Para focar ele muda

de forma:

1. Os músculos ciliares se

contraem, deixando-o mais

avolumado.

2. Os músculos ciliares

relaxam, deixando-o de forma

achatada.

Humor aquoso

Cristalino

Córnea Íris

Músculo

ciliar

Humor vítreo

Ligamento

suspensor

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Acomodação – Visão para Perto e para Longe

Quando olhamos para um objeto

próximo, o cristalino fica

arredondado, para provocar

maior curvatura da luz, formando

uma imagem nítida.

Quando olhamos para um objeto

distante, o cristalino fica

achatado, para focalizar a luz

exatamente na retina.

Miopia e Hipermetropia

O olho normal, ou emétrope, é mostrado na

figura A. No olho normal objetos situados à

distância são focalizados sobre a retina. No

olho míope, a imagem é formada antes da

retina, como mostrado na figura B. Na maioria

das vezes, um globo ocular mais longo é a

causa da miopia, ou, em outras vezes, o poder

de refração muito grande do sistema de lentes

do olho é a causa. No olho com hipermetropia

a imagem é formada após a retina, como

destacado na figura C. A hipermetropia é em

geral devida a um globo ocular mais curto, ou,

algumas vezes, devida a um poder de refração

menor do sistema de lentes do olho, quando o

músculo ciliar está relaxado.

B) Miopia

C) Hipermetropia

A) Emetropia

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Correção da Miopia

BIOFÍSICA

• A correção da miopia se faz

com a colocação de lentes

côncavas, que leva a imagem

a se formar mais longe. Com o

poder de refração adequado, a

imagem se formará sobre a

retina.

• O míope vê mal de longe, mas

enxerga bem de perto. A

distancia entre a córnea e a

retina é grande.

• O olho é "demasiado longo": a

imagem se forma à frente da

retina.

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•A correção da miopia se faz com a

colocação de lentes côncavas, que leva

a imagem a se formar mais longe. Com

o poder de refração adequado, a

imagem se formará sobre a retina.

•O míope vê mal de longe, mas enxerga

bem de perto. A distancia entre a córnea

e a retina é grande.

Correção da Miopia

Miopia Visão normal

O hipermétrope vê mal de perto e de

longe. Se conseguir ver bem de

longe, será com esforço e fadiga,

pois o olho não é suficientemente

potente.

A correção da hipermetropia se faz

com a colocação de lentes convexas,

que leva a imagem a se formar mais

perto. Com o poder de refração

adequado, a imagem se formará

sobre a retina. Para determinar o

grau adequado da lente convexa o

procedimento de tentativa e erro e

também é adotado.

Correção da Hipermetropia

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Astigmatismo

O astigmatismo ocorre quando a córnea apresenta um formato oblongo, ou, mais

raramente, o cristalino apresenta tal formato. O cristalino de um olho astigmático

apresenta um formato da parede lateral de um ovo deitado. Para corrigir essa

anomalia é necessário o uso de lentes cilíndricas. Tais lentes tem a capacidade de

mudar a distância focal do olho, na direção onde o raio de curvatura da córnea difere

de suas demais partes.

Uma forma de saber se uma pessoa tem astigmatismo é olhando para a figura abaixo

sem óculos. Veja se consegue ver nitidamente todas as linhas.

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Correção do Astigmatismo

Você pode ver se uma pessoa que usa óculos tem astigmatismo. Coloque a lente dos

óculos sobre palavras de um livro, por exemplo, e gire a lente. Se as palavras

sofrerem deformação a pessoa tem astigmatismo. Se não ficar evidente realize um

desenho parecido com o da figura ao lado.

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Astigmatismo

Visão normal

Visão com astigmatismo

Humor aquoso

Disco ótico

Fóvea

Retina

Músculo ciliar

Câmara posterior


Córnea Pupila

Cristalino

Humor vítreo

Íris

Zônula

Esclerótica

Coróide

São manchas ou pontos escuros no

campo de visão.

Em geral, são pequenas opacidades

dentro de uma gelatina que temos

dentro do olho, chamada humor vítreo.

O vítreo preenche toda a cavidade

posterior do globo ocular.

Embora esses corpos flutuantes

pareçam estar na frente do olho, eles

estão realmente flutuando dentro da

gelatina e a sombra deles é projetada

sobre a retina, conforme a

movimentação dos olhos.

Moscas Volantes

Fonte: http://www.portaldaretina.com.br/ilusoes/index.asp

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Humor aquoso

Disco ótico

Fóvea

Retina

Músculo ciliar

Câmara posterior


Córnea Pupila

Cristalino

Humor vítreo

Íris

Zônula

Esclerótica

Coróide

São causadas por alterações que

ocorrem no vítreo, o gel que

preenche o olho, em decorrência da

idade ou doenças oculares.

Geralmente é acompanhado por um

encolhimento ou condensação,

chamado de descolamento do vítreo

posterior, sendo essa uma causa

bastante comum de moscas volantes.

Elas podem resultar também de

inflamações dentro dos olhos ou por

depósitos de cristais que se

depositam na gelatina do vítreo.

Causas das Moscas Volantes

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Moscas Volantes

Ceratocone

do Grego: kerato- chifre, córnea; e konos cone,

é uma doença não-inflamatória degenerativa do olho

na qual as mudanças estruturais na córnea a tornam

mais fina e a modificam para um formato mais cônico

(ectasia) que a sua curva gradual normal.

O ceratocone pode causar distorção substancial da

visão, com múltiplas imagens, raios e sensibilidade à luz

sendo frequentemente relatados pelos pacientes.

Ceratocone é a distrofia mais comum da córnea,

afetando uma pessoa a cada mil, parecendo ocorrer em

populações em todo o mundo, embora alguns grupos

étnicos apresentam uma prevalência maior que outros.

Geralmente é diagnosticado em pacientes

adolescentes e apresenta seu estado mais grave na

segunda e terceira década de vida.

Segmento

externo

Segmento

interno

Terminal

sináptico

Bastonete Cone

(periférica) (cores)

Discos

Espaço

Citoplasmático

Membrana

Plasmática

Cílio

Mitocôndrias

Núcleo

Vesículas

sinápticas

Segmento

externo

Segmento

interno

Terminal

sináptico

Bastonete e Cone

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Estrutura da Retina As células sensíveis à luz localizam-se na camada mais interna da retina, a luz

incidente nas células fotorreceptoras atravessam diversas camadas, antes de

sensibilizá-las. Tal arranjo pode parecer ineficiente, contudo a perda da energia

luminosa é mínima, devido a baixa absorção luminosa das camadas que antecedem

às células fotorreceptoras.

Fonte: http://www.diptech.com.br/seminars/visao/monografia/visao_monografia.htm

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Retina

Seção da retina

Luz

Luz

Após atravessar o sistema de lentes

do olho e o humor vítreo, a luz atinge

a retina na sua superfície interna,

atravessando diversas estruturas,

tais como, as células ganglionares,

as camadas plexiformes e nucleares,

até atingir a camada dos bastonetes

e cones.

Estrutura da Retina

Camada pigmentar

Camada de cones e

bastonetes

Camada nuclear

externa

Camada plexiforme

externa

Camada nuclear

interna

Camada plexiforme

interna

Camada de células

gaglionares

Camada da fibra

nervosa

Na escuridão, a membrana dos bastonetes

apresenta canais iônicos abertos, permitindo a

passagens de íons. É possível detectar um

corrente elétrica (I) entre os dois segmentos do

bastonete (corrente de escuro). O influxo iônico

poder ser devido aos íons de Na+(em 90% dos

casos), ou aos íons de Ca++ (em 10% dos

casos). A corrente de escuro (I) mantém o

bastonete despolarizado (-40 mV), liberando um

neurotransmissor, muito provavelmente

glutamato, no nível de células bipolares e

horizontais.

Segmento

externo

Segmento

interno

Terminal

sináptico

Excitação dos Fotorreceptores

Fonte: Garcia, E. A. C. Biofísica. Editora

Savier, 2000 (pg. 269).

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Fonte: http://www.scienceofspectroscopy.info/

Uma molécula de rodopsina consiste de uma proteína, chamada opsina, e de um

grupo prostético, que absorve a luz, o 11-cis-retinal. A rodopsina é uma proteína

transmembrana do bastonete. A absorção do fóton pelo 11-cis-retinal modifica sua

estrutura tridimensional, resultando no isômero, todo-trans-retinal. Tal mudança

acarreta uma variação conformacional na estrutura da opsina, indicando que houve

absorção da energia luminosa.

Decomposição da Rodopsina

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• A visão normal a cores depende da

combinação das mesmas no córtex

sensorial. Nas formas mais comuns de

daltonismo, o indivíduo não consegue

distinguir entre o vermelho e o verde

devido à falta dos pigmentos sensíveis

ao vermelho e o verde.

• Visto que o gene para o daltonismo é

recessivo e ligado ao sexo (levado

somente pelo cromossomo X), esta

condição é muito mais rara em

mulheres que em homens.

Daltonismo

http://scienceofspectroscopy.info/wiki/index.php?title=Image:Rhodopsin.gif

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Ilusão de Ótica

As ilusões de ótica indicam uma segmentação entre a percepção de algo e da

concepção desta outra realidade, a ordem de percepção não influencia a

compreensão de algumas imagens. Principalmente nos últimos 20 anos, os cientistas

mostraram um progresso na área óptica. As ilusões causam surpresa quando são

percebidas de formas diferentes e até um certo tipo de divertimento.

As ondas de luz penetram no olho então entram em celas de foto receptivas na retina.

A imagem formada na retina é plana, contudo, percebemos forma, cor, profundidade e

movimento. Isso ocorre porque nossas imagens de retina, se em uma imagem 2D ou

3D, são representações planas em uma superfície encurvada. Para qualquer

determinada imagem na retina, há uma variedade infinita de possíveis estruturas

tridimensionais.

BIOFÍSICA


Algumas ilusões trabalham exatamente no fato de sermos juntamente com os

macacos os únicos seres que percebem a noção de largura, altura e profundidade;

uma das explicações para este fato é que temos os olhos na frente da cabeça e não

dos lados como na maioria dos animais.

A percepção que uma pessoa tem do mundo exterior de seu olho não depende

apenas do órgão da visão, mas também de suas emoções, seus motivos, suas

adaptações, etc. A Psicofísica estuda estas percepções e mostra que o mesmo

estímulo físico pode produzir percepções muito variadas.

Ilusão de Ótica

BIOFÍSICA


Tipos de Ilusão de Ótica


Ambíguas

As imagens ambíguas, sempre contém

mais de uma cena na mesma imagem.

Seu sistema visual interpreta a imagem

em mais de um modo. Embora a imagem

em sua retina permaneça constante,

você nunca vê uma mistura estranha das

duas percepções sempre é uma ou a

outra.

A ilusão do vaso Rubim é uma ambígua

ilusão figura/fundo. Isto porque podem

ser percebida duas faces brancas

olhando uma para a outra, num fundo

preto ou um vaso preto num fundo

branco.

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Escondidas

São imagens que a primeira vista não

apresentam nenhum significado, mas

depois de observar você irá se

surpreender.

Na figura ao lado focalize seu olhar no

pontinho preto no centro do círculo...

Agora movimente-se para frente e para

trás... (ainda olhando para o pontinho).


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Letras

Nossos olhos realmente nos enganam, aqui você descobrirá várias formas e tipos de

letras que enganam nossa vista.

Olhe abaixo e diga as CORES, não as palavras...

Conflito no cérebro: o lado direito do seu cérebro tenta dizer a cor,

enquanto o lado esquerdo insiste em ler a palavra.


BIOFÍSICA


Arte

São obras publicadas de artistas

consagrados com maravilhosas ilusões de

óptica.

Preste atenção: nesta imagem existem 9

pessoas. Tente encontrá-las...


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Arte

O enigmático sorriso da Monalisa, de Leonardo

da Vinci, é "uma ilusão que aparece e

desaparece devido à maneira peculiar como o

olho humano processa as imagens", de acordo

com uma pesquisa sobre os mecanismos da

visão da neurobióloga Margaret Livingstone.

Dentro do Congresso Europeu de Percepção

Visual (ECVP 2005) a pesquisadora

argumentou que quando no século XVI

Leonardo Da Vinci pintou a Monalisa conseguiu

um efeito pelo qual o sorriso desaparece

quando o quadro é visto diretamente e só

reaparece quando a vista é fixada em outras

partes do quadro.


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Polarização

A tecnologia 3D na verdade é uma

grande ilusão. Sim, não se trata de algo

real e sim uma “peça” que é pregada

na sua mente. A imagem em três

dimensões é gerada por um efeito

chamado estereoscopia. Parece

complicado, mas não é: trata-se apenas

da projeção de duas imagens da

mesma cena, só que de pontos de vista

ligeiramente diferentes. Seu cérebro

automaticamente funde as duas

imagens em apenas uma e, nesse

processo, obtém informações quanto à

profundidade, distância, posição e

tamanho dos objetos, gerando uma

ilusão de visão em 3D.

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Curiosidades ...

• A tartaruga é um bicho muito carente: enxerga outra tartaruga em qualquer objeto esférico que vê. Um capacete, por exemplo, pode despertar um grande amor!

• O hipopótamo tem o maior globo ocular de todos os animais, com até 12 centímetros de diâmetro!

• As zebras fazem foco a 1,20 metro de distância e têm três pálpebras!

• A águia tem dois centros de visão em cada olho, além de uma percepção de cores maior que a nossa. Ela pode olhar para a frente e para o chão ao mesmo tempo!

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Curiosidades ...

• Existe uma espécie de camarão com 12 tipos de pigmentos coloridos (a visão do bichinho é inimaginável, pois ele vê cores e tons que a gente nem sabe como podem ser)!

• Apesar de enxergar muito bem no escuro, a coruja chega a virar a cabeça em até 180 graus para ver o que acontece ao redor e ter uma visão de conjunto!

• Muita gente pensa que os olhos do morcego são dispensáveis pelo fato de ele ter um sonar. Ledo engano! O sonar é uma espécie de sinal vibratório, que serve para o bicho se movimentar ou se comunicar. Mas, para enxergar à noite e caçar as presas, o morcego não abre mão dos seus belos olhos!

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Curiosidades ... • O tubarão é míope!

• A abelha é daltônica!

• Lulas enxergam no foco!

• Insetos têm acuidade visual próximo de 0! Porém possuem 28.000 olhinhos e enxergam em todas as direções!

• O poder de resolução da vista de falcões e gaviões chega a ser 8 vezes mais potente que do homem; conseguem localizar uma presa a 300 metros de altitude!

• Aves não têm noção de profundidade (imagens bidimensonais). Porém, elas veêm muito mais nítido e colorido que a gente!

MENSAGEM A VOCÊ

Sentido da Visão:

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Não devemos enxergar apenas com os olhos da face, que só captam a

onda eletromagnéticas. Precisamos também enxergar com os olhos do

coração

...Vítimas da guerra

contra a carne . . .

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Odiamos a solidão, mas

adoramos nos isolar.

Bons alunos se preparam para receber um diploma, alunos

fascinantes se preparam para a vida. Bons alunos são

repetidores de informações, alunos fascinantes são

pensadores. Em que mundo você vive?

Seu destino não é uma questão de sorte,

mas sim uma questão de escolhas.

TUDO É UMA QUESTÃO DE ÓPTICA

VOCÊ É AQUILO QUE QUER SER !!!

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PURVES, W. K., SADAVA, D., ORIANS, G. H. HELLER, H. G. Vida. A

Ciência da Biologia, 6a ed. Artmed editora.2002.

GARCIA, E. A. C. Biofísica. Editora Savier, 2000.

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Referências

BIOFÍSICA

Biofísica da Visão

Education

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