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VISÃO!! O espectro visível corresponde a uma pequena porção de todo o espectro: luz visível. - Amplitude: intensidade - Comprimento de onda: cores A anatomia do olho O olho é uma esfera preenchida com fluido, fechada por 3 camadas de tecido: • Mais interna: Retina. Contem neurônios que são sensíveis a luz e são capazes de transmitir sinais visuais para destinos centrais • Média: Contem 3 estruturas distintas, porem continuas, coletivamente denominadas tracto uveal. - O maior componente é a coroide, composta de um rico leito capilar (principal fonte de suprimento sanguíneo para fotorreceptoras da retina) que apresenta melanina (pigmento capaz de absorver luz). - Corpo ciliar, na parte mais anterior do olho, é um anel de tecido que circunda o cristalino e é formado por um componente muscular, que é importante para o ajuste da capacidade de refração do cristalino, e por componentes vasculares (processos ciliares) que produzem o fluido que preenche a parte da frente do olho. - O componente mais anterior é a íris, a porção colorida do olho, que é vista através da córnea. Contem 2 conjuntos de músculos com ações opostas, que emitem que o tamanho da pupila seja ajustado por controle neural. • Externa: A esclera. É comporta de tecido fibroso branco e rígido. Na parte dianteira do olho, entretanto, essa camada externa opaca transforma-se na córnea, um tecido transparente especializado que permite que os raios de luz penetrem no olho. Em seu caminho para a retina, a luz atravessa, além da córnea, dois compartimentos com fluidos distintos. A câmara anterior, o espaço entre o cristalino e a córnea, é preenchido com humor aquoso, um líquido aquoso claro que fornece nutrientes para essas duas estruturas. O humor aquoso é produzido pelos processos ciliares na câmara posterior. A quantidade de fluido estima-se que o volume total de fluido na câmara anterior seja substituído doze vezes ao dia. Assim, as taxa de produção de humor aquoso e sua drenagem da câmara anterior devem estar em equilíbrio, assegurando uma pressão intraocular constante. Uma rede especializada de células que se situam na junção da irias com a córnea – uma região chamada limbo, é responsável por essa captação (drenagem). - A falha em drenar adequadamente esse fluido causa glaucoma, no qual níveis anormalmente altos de pressão intraocular podem reduzir o suprimento sanguíneo para o olho, acarretando danos aos neurônios. O espaço entre a parte posterior do cristalino e a superfície da retina é preenchido por uma grossa substancias gelatinosa denominada humor vítreo, que compões cerca de 80% do volume do olho. Além de manter o formato do olho, o humor vítreo contem células fagocíticas que removem sangue e outros detritos que possam interferir na transmissão da luz. A “limpeza domestica” do humor vítreo, porem, é limitada. Indivíduos de meia idade ou idosos com objetos vítreos flutuantes tem acumulo de resíduos grandes demais para serem consumidos por fagocitose. Surgem, em geral, quando a membrana vítrea, com a idade, se separa do bulbo ocular excessivamente grande de indivíduos míopes. A formação de imagens sobre a retina Visão normal meio óptico transparente A córnea, assim como o cristalino, são exemplos notáveis de especialização tecidual, sendo tão transparentes quanto um vidro. Alterações na composição deles podem reduzir significavelmente sua transparência e diminuindo a percepção visual. A inversão dos objetos na retina é feita com o auxilio do cristalino. Cataratas opacidade do cristalino. Metadedos casos de cegueira do mundo, e quase todos são indivíduos acima de 70 anos que terão certo grau de perda do cristalino. Há tratamento cirúrgico. Causa: exposição a luz solar ultravioleta (UV). Há então a necessidade de proteger o cristalino (e a retina), reduzindo a exposição a UV (óculos escuros) Focalização e Refração Além de transmissão eficiente da energia luminosa, a função primordial dos componentes ópticos do olho é conseguir focalizar a imagem sobre a superfície da retina. A trajetória dos raios de luz se altera ao passar de um meio para outro: reflexão, absorção e refração. A córnea e o cristalino são os responsáveis principais pela refração da luz necessária para a formação de imagens focadas nos fotorreceptores da retina. A córnea contribui com a maior parte da refração necessária. A água, diferentemente do ar, possui um índice de refração próximo ao da córnea; assim, a imagem não mais é focalizada sobre a retina. A refração produzida pelo cristalino é menor, no entanto, é ajustável, permitindo que objetos situados a diferentes distâncias do observador possam ser trazidos a um foco nítido sobre a superfície da retina. * Fóvea (refração pela córnea) – distância focal Acomodação Alterações dinâmicas no poder de refração do cristalino. Atividade do músculo ciliar que circunda o cristalino. - Objetos distantes -> o cristalino torna-se relativamente fino e plano, com menor poder de refração. - Objetos próximos -> cristalino torna-se mais espesso e arredondado, e apresenta o máximo poder de refração. O cristalino é mantido no lugar por bandas de tecidos conjuntivos dispostas radialmente, chamadas de fibras zonulares, as quais são ligadas ao músculo ciliar. O formato do cristalino, então é determinado por duas forças opostas: sua elasticidade, que tende a mantê-lo arredondado, e a tensão exercida pelas fibras zonulares, que tende a achata-lo. - Objetos distantes -> a força das fibras zonulares é maior que a elasticidade do cristalino, e ele assumo um formato achatado apropriado para a visão à distancia. - Objetos próximos -> relaxa a tensão nas fibras zonulares, permitindo que a elasticidade inerente ao cristalino aumente sua curvatura. Esse relaxamento é acompanhado pela contração do músculo ciliar. Uma vez que o músculo ciliar forma um anel que circunda o cristalino, quando o músculo se contrai, os pontos de ligação das fibras zonulares movem-se em direção ao eixo central do olho, reduzindo, assim, a tensão do cristalino. Pupila ajustes em seu tamanho contribuem para a clareza das imagens formadas sobre a retina. A pupila ajustável fornece meios eficientes de limitação de anomalias ópticas ao mesmo tempo em que maximiza a profundidade do campo (aumenta a distância em que os objetos são vistos sem perderem a nitidez) à medida que diferentes níveis de iluminação o permitem (fraca iluminação com pupilas dilatadas = fraca acuidade visual). Miopia e outros erros de refração Ametropia discrepâncias ópticas entre vários componentes físicos do olho que levam a uma grande parte da população humana a ter alguma forma de erro de refração. Miopia Pessoas incapazes de colocar foco em objetos distantes são consideradas míopes. Pode ser causada por uma superfície da córnea muito encurvada ou um globo ocular muito longo. Mesmo com o cristalino tão achatado quanto possível, a imagem de objetos se forma na frente da retina e não sobre ela, Hipermetropia Pessoas incapazes de focalizar objetos próximos são tidas como hipermetropes. Pode ser causada por um globo ocular curto ou por um sistema refrator muito fraco. Mesmo com o cristalino em sua forma mais arredondada, a imagem fica fora de foco sobre a superfície da retina (o foco fica atrás dela) Em ambos os casos o problema pode ser corrigido por lentes: Miopia: lentes côncavas Hipermetropia: lentes convexas Presbiopia em algum ponto, normalmente no inicio da meia idade, a capacidade de acomodação do olho é tão reduzida que tarefas envolvendo a visão de objetos próximos, como a leitura, tornam-se difíceis ou impossíveis. Pode ser corrigida por lentes convexas para visão próxima ou por lentes bifocais se a miopia também ocorrer. Vista cansada, perda de elasticidade e flexibilidade da musculatura dos olhos, rigidez do cristalino, impede acomodação.Astigmatismo irregularidades na córnea (lente oval) – distorção da imagem. A supercicie da retina Também chamada de fundo; pode ser vista através da pupila com o uso de um oftalmoscópio. Numerosos vasos sanguíneos, tanto arteriais como venosos espalham-se nessa superfície. Esses vasos provem da artérias/veia oftálmicas, que chegam e saem do olho por uma área circular clara conhecida como disco óptico ou papila óptica. Disco óptico também é o local em que os axônios da retina deixam o olho e viajam através do nervo óptico ate as estruturas-alvo no tálamo e no mesencéfalo. Essa região não contém fotorreceptores e em virtude de sua insensibilidade a luz, produz o fenômeno de percepção chamado de ponto cego. Sua aparência é um critério útil na avaliação da pressão intracraniana. Aumentos na pressão intercraniana podem ser detectados como um edema do disco óptico. Mácula lútea sítio oval contendo um pigmento amarelo (xantofila), próximo ao centro da retina. Região que apresenta alta acuidade visual (capacidade de resolução em finos detalhes). A acuidade maior é no centro da macula, uma pequena depressão ou cavidade na retina denominada fóvea. O pigmento xantofila tem um papel protetor, filtrando comprimentos de ondas UV que poderiam danificar os fotorreceptores. Lesão a essa região (ex.: degeneração macular relacionada a idade) apresenta um impacto devastador sobre a percepção visual. Circuitaria da retina “A luz atravessa as camadas celulares da retina para atingir os fotorreceptores” Apesar da sua localização periférica, a retina (ou porção neural do olho) é, na verdade, parte do sistema nervoso central. Exibe uma circuitaria neural complexa que converte a atividade elétrica graduada de neurônios fotossensíveis especializados (fotorreceptores) em potenciais de ação, os quais viajam ao encéfalo pelos axônios do nervo óptico. Ela compreende apenas umas poucas classes de neurônios. Tipos básicos de neurônios da retina: Fotorreceptores, células bipolares, células ganglionares, células horizontais e células amácrinas. Os corpos celulares e processos desses neurônios estão organizados em camadas alternadas, com os corpos celulares localizados nas camadas nuclear interna e externa. As células ganglionares e os processos e contatos sinápticos são localizados nas camadas plexiforme interna e externa. • Dois tipos de fotorreceptores na retina: os bastonetes e os cones. Ambos apresentam um segmento externo que é composto de discos membranosos que contem fotopigmentos sensíveis a luz e de um segmento interno que contem o núcleo da célula e que origina os terminais sinápticos que estabelecem contato com células bipolares ou horizontais. • Uma cadeia direta de 3 neurônios (célula fotorreceptora -> cel bipolar -> cel ganglionar) é a via mais direta do fluxo de informação dos fotorreceptores ao nervo óptico. As sinapses entre os terminais do fotorreceptor e as células bipolares (e células horizontais) ocorrem na camada plexiforme externa; os corpos celulares dos fotorreceptores constituem a camada nuclear externa e os corpos celulares das cels bipolares situam-se na camada nuclear interna. Os curtos processos axonais das cels bipolares estabelecem contato sináptico com os processos dendríticos das cels ganglionares na camada plexiforme interna. Os axônios bem maiores das cels ganglionares formam o nervo óptico e levam informação acerca da estimulação da retina para o resto do sistema nervoso central. Os dois outros tipos de neurônios na retina, as células horizontais e as células amácrinas, têm seus corpos celulares na camada nuclear interna e apresentam processos que se limitam as camadas plexiformes externa e interna, respectivamente. - Os processos das cels horizontais permitem interações laterais entre fotoreceptores e células bipolares, as quais são tidas como responsáveis pela sensibilidade do sistema visual a contrastes de luminância em ampla variedade de intensidade de luz. - Os processos das cels amácrinas estão posicionados pós-sinapticamente aos terminais das células bipolares e pré-sinapticamente aos dendritos de células ganglionares. Diversas subclasses de cels amácrinas servem como um passo obrigatório na via que transmite informação de fotorreceptores do tipo bastonete para células ganglionares da retina. Um outro tipo de célula amácrina desempenha um papel fundamental na geração de respostas seletivas para uma direção que ocorrem em um subconjunto especializado de células ganglionares. Epitélio pigmentado da retina Retina: transdução de um tipo de energia em outro. Os raios de luz devem primeiro atravessar os elementos não sensíveis à luz da retina e a própria vascularização da retina (que apresenta intensa ramificação na sua superfície interna) antes de alcançar os segmentos externos dos fotorreceptores, onde os fótons são absorvidos. Essa organização é explicada pela relação especial que existe ente os segmentos externos dos fotorreceptores e o epitélio pigmentado. As cels que constituem o epitélio pigmentado da retina apresentam longos processos que se estendem para a camada dos fotorreceptores, cercando a ponta do segmento externo de cada fotorreceptor. Papéis do epitélio pigmentado para a função dos fotorreceptores da retina: 1) Os discos membranosos dos segmentos externos, onde estão contidos os fotopigmentos sensíveis a luz e outras proteínas envolvidas no processo de fototransdução, são substituídos a cada 12 dias. O descarte envolve um processo em que um grupo de discos é englobado pela membrana do segmento externo de um fotorreceptor. Esse grupo de discos englobado em uma vesícula é então fagocitado pelo epitélio pigmentado. 2) Regenerar moléculas de fotopigmentos após serem expostas a luz. O fotopigmento repete seu ciclo continuamente entre o segmento externo do fotorreceptor e o epitélio pigmentado. Fototransdução Na retina, os fotorreceptores não apresentam potenciais de ação; em vez disso, a estimulação pela luz causa alteração graduada no potencial da membrana e alteração correspondente na taxa de liberação de neurotransmissor sobre os neurônios pós-sinapticos. Muito do processamento dentro da retina é mediado por potenciais graduados, porque potenciais de ação não são necessários para transmitir informação ao longo das distancias relativamente curtas envolvidas. • O brilho da luz sobre cones/bastonetes leva a hiperpolarização da membrana (e não despolarização). Escuro: receptor está em seu estado despolarizado. Aumentos progressivos na intensidade da iluminação fazem com que o potencial da membrana do receptor torne-se mais negativo. • A liberação de transmissor a partir dos terminais sinápticos do fotorreceptor é dependente de canais de Ca++ sensíveis à voltagem na membrana terminal. Escuro: quando os fotorreceptores estão relativamente despolarizados, o numero de canais de Ca++ abertos no terminal sináptico é alto, e a taxa de liberação de transmissor é proporcionalmente elevado. Luz: quando os fotorreceptores estão hiperpolarizados, o numero de canais de Ca++ abertos é reduzido, e a tava de liberação de transmissores também diminui. • Detalhes: - Escuro Cátios (tanto Na+ quanto Ca++) fluem para dentro do segmento externo, através de canais na membrana dependentes de nucleotídeo GMPc. Essa corrente íons opõem-se a de K+ que sai, no segmento interno. Assim, o estado despolarizado do fotorreceptor no escuro reflete a contribuição liquida do influxo de Na+ e Ca++, que atua despolarizando a cel, e do efluxo de K+, que atua no sentido de hiperpolarizar a célula. - Claro a absorção de luz pelo fotorreceptor reduz a concentração de GMPc no segmento externo, levando ao fechamento de canais dependentes de GMPc na membrana do segmento externo, e consequentemente,a uma redução no influxo de Na+ e Ca++. Como resultado, as cargas positivas (na forma de K+) fluem para fora da célula mais rapidamente do que entram (como Na+ e Ca++), e a célula torna-se hiperpolarizada. Um fóton é absorvido pelo fotopigmento nos discos do receptor. O fotopigmento contém um cromóforo que absorve luz (retinal) acoplado a proteínas denominadas opsinas. As diferentes opsinas ajustam a absorção de Liz pela molécula para uma determinada região do espectro (componentes proteicos diferentes para cones e bastonetes). Nos bastonetes, o fotopigmento é a rodopsina. Quando a porção retinal da rodopsina absorve um fóton de luz, uma das ligações duplas entre os átomos de carbono da molécula de retinal é quebrada. Essa mudança então dispara uma serie de alterações no componente proteico da molécula. Essas alterações levam a ativação de um mensageiro intracelular denominado transducina, que ativa a fosfodiesterase, que hidrolisa GMPc (GMPc 5’ GMP).Com a diminuição em sua concentração em toda a extensão do segmento externo, há menos moléculas de GMPc disponíveis para se ligarem aos canais na superfície da membrana do segmento externo, fechando-os. - Adaptação e Regulação A magnitude da amplificação da fototransdução varia com o nível prevalente de iluminação, um fenômeno conhecido como adaptação a luz. Em níveis baixos de iluminação, os fotorreceptores são mais sensíveis a luz. À medida que o nível de iluminação aumenta, a sensibilidade diminui, impedindo que os receptores fiquem saturados e, dessa forma, ampliando bastante a amplitude das intensidades de luz nas quais eles operam. A [Ca++] no segmento externo parece ter um papel decisivo na modulação da sensibilidade do fotorreceptor induzida pela luz. Os canais ativados por GMPc no segmento externo são permeáveis tanto ao Na+ quanto ao Ca++; assim, o fechamento desses canais induzido pela luz leva a um decréssimo liquido da concentração interna de Ca++. Esse decréssimo dispara diversas alterações na cascata de fototransdução, todas elas no sentido de reduzir a sensibilidade do receptor à luz. ↓ [Ca++] - ↑ atividade da Guanilato ciclase (sintetiza GMPc) - ↑nos níveis de GMPc - ↑ afinidade dos canais dependentes de GMPc pelo próprio GMPc (reduzindo, assim, o impacto da redução induzida pela luz sobre os níveis de GMPc). Especialização funcional de sistemas de bastonetes e cones Cones Bastonetes Insensíveis à luz Sensíveis à luz Visão em cores Acromáticos Visão diurna Visão noturna Pouco pigmento fotossensível Muito pigmento fotossensível Melhor acuidade visual -> fóvea Pouca acuidade visual Alta resolução espacial Baixa resolução espacial Adaptação mais rápida Adaptação mais lenta Resposta não satura em alta luminosidade Resposta satura A percepção mediada pelos bastonetes é denominada visão escotópica. É evidente a dificuldade de se fazer distinções visuais apuradas em condições de pouca luz quando apenas o sistema de bastonetes está ativo. Isso ocorre devido a baixa resolução e a acromaticidade do sistema de bastonetes. A contribuição dos bastonetes para a visão reduz-se quase por completo na visão fotópica, pois sua resposta a luz atinge a saturação – isto é, o potencial de membrana de bastonetes individuais não mais varia em função da iluminação, pois todos os canais da membrana estão fechados. A visão mesópica ocorre em níveis de iluminação nos quais tanto coes quanto bastonetes contribuem – no crepúsculo, por exemplo. Indivíduos que perderam a função dos cones são legalmente cegos, enquanto aqueles que perderam a função dos bastonetes apenas experimentam dificuldade na visão em níveis baixos de iluminação. • Circuitos: Apesar dos cones e bastonetes convergirem para as mesmas cels ganglionares, os primeiros estágios das vias que ligam os bastonetes e cones a essas cels são bem independentes. - A via dos bastonetes até as cels ganglionares compreende uma classe distinta de células bipolares (denominadas bipolares dos bastonetes) que, de forma diferente das cels bipolares dos cones, não estabelecem contato com as células ganglionares da retina (cels bipolares dos bastonetes sinapses com cels amácrinas gap/sinapses com cels bipolares dos cones contato com cels ganglionares). - Convergência: maior no sistema de bastonetes que dos cones. Isso faz com que o sistema de bastonetes seja um melhor detector de luz, pois sinais pequenos oriundos de muitos bastonetes podem ser agrupados para formar uma resposta mais intensa na cel bipolar. Ao mesmo tempo, a convergência reduz a resolução do sistema de bastonetes. Distribuição anatômica de bastonetes e cones. • Há mais cones do que bastonetes na retina humana; ou seja, a densidade de bastonetes é maior do que a de cones. • No entanto, na fóvea, a densidade dos cones é a maior do que em qualquer outro lugar da retina, pois lá eles se assemelham aos bastonetes. Enquanto isso há um brusco declínio dos bastonetes (ex.: local denominado fovéola, no centro da fóvea). A densidade extremamente alta de receptores do tipo cones na fóvea e a relação de um para um com cels bipolares e cels ganglionares da retina fornecem a essa componente do sistema dos cones a capacidade de mediar a mais alta acuidade visual. • A exclusão dos bastonetes na fóvea e a sua presença em alta densidade em regiões fora dela explicam por que o limiar para a detecção de um estímulo luminoso é mais baixo fora da região central da visão. É mais fácil vermos um objeto pouco iluminado se não olharmos diretamente para ele, de forma que o estimulo cai sobre a região da retina que é mais rica em bastonetes. A fóvea tem um deslocamento das camadas internas da retina que contribui para a acuidade superior do sistema dos cones. Fóvea não apresenta vasos sanguíneos da retina, que são um fator de distorção óptica da luz. Ela depende do epitélio pigmentado para oxigenação e sustento metabólico. Cones e visão das cores Bastonetes contem um único fotopigmento. Há 3 tipos de cones que diferem quanto ao pigmento que contem. Cada um desses fotopigmentos apresenta sensibilidade diferente à luz de diferentes comprimentos de onda, e por essa razão, são denominados como azul, verde e vermelho, ou cones de comprimentos de onda curtos (C), médios (M) e longos (L). Cones individuais, assim como os bastonetes, são cegos por completo para as cores, considerando que sua resposta é apenas um reflexo do úmero de fótons que capturam, independentemente do comprimento de onda do fóton. O fato de que apenas 3 fontes são necessárias para identificar todas as cores percebidas é uma forte confirmação do fato de que a sensação de cores baseia-se em níveis relativos de atividade nos 3 conjuntos de cones com diferentes espectros de absorção. Circuitos da retina para detecção de diferenças na luminância. A maior parte da informação transmitida por cenas visuais consiste em variações espaciais na intensidade da luz. A maneira como os padrões espaciais de luz e sombra que caem sobre os fotorreceptoes são decifrados por alvos também tem sido um problema de certo modo perturbador. É útil considerar as respostas de células ganglionares individuais da retina a pequenos pontos de luz. • Cada cel ganglionar responde à estimulação de um pequeno pedaço circular da retina, o qual define o campo receptivo da célula. Há duas classes de céls ganglionares: centro-ON e centro- OFF. - Jogar um ponto de luz sobre o centro do campo receptivo de uma cel ganglionar centro-ON produz uma rajada de potenciais de ação, enquanto na célula ganglionar centro-OFF há o efeito oposto: a taxa de disparos decresce, e, quando a luz é desligada, a célula responde com uma rajada de potenciais de ação. - No centro do campo receptivo, enquanto cels centro-ON tornam maior a sua taxa de descarga para aumentos na luminância, as cels centro-OFF aumentam sua taxa de descargapara decréscimos na luminância. - Quantidades iguais - Há indícios que informações sobre aumentos ou decréscimos na luminância é levada separadamente para o encéfalo por axônios desses dois tipos de cels ganglionares da retina. - Cels ganglionares se adaptam rapidamente a mudanças na luminância, então sua taxa de disparos “de repouso” sob iluminação constante é baixa. Um aumento na taxa de disparos acima dos níveis de repouso serve como um sinal confiável, mas um decréscimo na taxa de disparo a partir da uma tava inicialmente baixa não é. Assim, alterações na luminância sinalizadas por 2 classes de cels adaptáveis fornecem informações sem ambiguidade a respeito de aumentos ou decréscimos na luminância. Contribuição dos circuitos da retina à adaptação à luz Além de tornar as cels ganglionares particularmente sensíveis à fronteira claro-escuro na cena visual, os mecanismos centro-periferia contribuem de forma significativa para o processo de adaptação à luz. A taxa de disparo não é a medida absoluta da intensidade da luz, mas sinaliza a diferença no nível de iluminação de fundo. Mudanças no potencial de membrana das cels horizontais que estabelecem sinapses com os terminais do fotorreceptor são relativamente pequenas, e a resposta do fotorreceptor à luz é determinada principalmente por sua cascata de fototransdução. Via de processamento Nervos ópticos quiasma óptico metade das cels vai para o mesmo lado e metade vai pra outro (em humanos). Proporção depende da binoculização da espécie. Tálamo Córtex visual primário.
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