Biofísica da Visão

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BIOFÍSICA DA VISÃO_ Aula 3
Professora: Ana Inês Gonzáles
Biofísica da Visão
Introdução
 As informações do mundo exterior são captadas e transmitidas ao
cérebro pelos órgãos dos sentidos.
 O funcionamento dos olhos é uma resposta à ação da luz visível
nesse órgão;
 A bioengenharia do aparelho visual representa um grande desafio
para os cientistas. Muitos esforços tem sido feitos para conhecer
diversos tipos de adaptação que o olho possui e para entender
como se processa a capacidade desse órgão para perceber brilho
e cor.
Introdução
 O olho humano é o receptor sensorial que apresenta maior
complexidade estrutural.
 A luz propaga energia e não massa;
 Quanto mais denso o meio, mais lento se propaga à luz;
 A luz tem natureza eletromagnética, trata-se também de outro
modo, de uma radiação eletromagnética que se situa entre
a radiação infravermelha e a radiação ultravioleta.
 Hoje é aceito a dualidade onda-partícula da luz que significa que,
essa tem propriedades de onda e partículas, sendo válidas ambas
as teorias sobre a natureza da luz.
 As três grandezas físicas básicas da luz são herdadas das grandezas
de toda e qualquer onda eletromagnética: intensidade
ou amplitude, frequência e polarização.
LUZ
 As ondas luminosas resultam de vibrações eletromagnéticas,
isto é, de natureza elétrica e magnética, e tem a
capacidade de se propagarem no vazio, as contrário das
ondas sonoras;
A luz que os corpos luminosos produzem se 
propaga em forma de ondas
A luz se propaga no espaço?
A velocidade de propagação das ondas luminosas é muito
grande e seu valor depende do meio de propagação
C = 300 000 000m/s
Este valor significa que a luz consegue percorrer trezentos milhões
de metros por segundo!!!!!
AR e VAZIO = Velocidade máxima
 As ondas lumonosas classificam-se como transversais
porque a direção da vibração ocorre
perpendicularmente à direção da
propagação/oscilação
O que é amplitude?
 A distância vertical entre a extremidade de
uma crista e o eixo central da onda é
chamada de amplitude.
O que é comprimento de onda?
 A distância horizontal entre dois vales ou
cristas consecutivas é conhecida
como comprimento de onda da onda.
A amplitude das ondas luminosas relaciona-
se com a intensidade da luz emitida
 Qual a unidade do SI para frequência?
Relembrando….o que é frequência 
mesmo?
 A grandeza conhecida
como frequência da onda diz respeito ao
número de comprimentos de onda
completos que passam por um
determinado ponto no espaço a cada
segundo.
A frequência das ondas luminosas relaciona-se
com a energia que transportam e esta associada
à cor da luz, e conseuqentemente ao seu
comprimento de onda
Quem tem maior comprimento de onda? Vermelho ou violeta? 
Quem tem maior frequência? Vermelho ou violeta?
Espectro eletromagnético
 No espectro eletromagnético podemos encontrar o intervalo
completo de todas os possíveis comprimentos de onda de
radiação eletromagnética.
 A radiação eletromagnética é uma das varias maneiras pelas
quais a energia viaja no espaço.
Possuem propriedades de ondas
 As ondas eletromagnéticas podem ser
classificadas e organizadas de acordo com seus
diversos comprimentos de onda/frequências.
Esta classificação é conhecida como o espectro
eletromagnético
É a porção do espectro eletromagnético cuja
radiação é composta por fótons capazes de
sensibilizar o olho humano de uma pessoa
normal.
Fótons = partículas radioativas da luz.
 Como podemos ver, o espectro visível — ou seja, a luz
que podemos enxergar com nossos olhos — compõe
apenas uma pequena fração dos diferentes tipos de
radiação que existem.
 Em relação as cores: Esta faixa possui as sete cores fundamentais que
podemos relacioná-las em ordem de frequência crescente, como:
vermelho, alaranjado, amarelo, verde, azul, anil e violeta.
 A maior parte dessas ondas do espectro eletromagnético é invisível
ao olho humano. Que enxergar apenas as ondas na faixa de 106 Hz.
O olho humano consegue as cores que estão
compreendidas entre o violeta (menor
comprimento) e o vermelho (maior comprimento).
Ao se propagar, a luz apresenta, entre outros, os
seguintes fenômenos: reflexão, interferência,
difração, espelhamento, polarização e refração.
Reflexão
É mudança da direção da luz, o retorno da energia
incidente em direção à região de onde ela é oriunda,
após entrar em contato com uma superfície refletora.
Existem dois tipos de reflexão:
Refração
 Chama-se de refração o desvio da trajetória dos raios luminosos quando a
luz passa de um meio para outro.
 Essa refração ocorre pela mudança da velocidade de propagação da luz de
um meio para outro.
 Índice de refração: para quantificar a refração dos corpos transparentes,
definiu-se o indice de refração. Seu valor é dado pela seguinte relação:
 Onde: c – velocidade da luz no vácuo (c = 3 . 108 m/s)
v – velocidade da luz no meio considerado (m/s no SI)
n – índice de refração absoluto do meio (admensional)
 Uma onda eletromagnética é formada por campos
elétricos e magnéticos, neste sentido, ela será uma onda
polarizada
Polarização
As ondas elétricas e magnéticas ficam de forma 
perpendicular
Polarização
 As ondas luminosas vibram transversalmente em relação a direção da sua 
propagação.
 Quando emitida por uma fonte comum, os campos eletromagnéticos se 
espalham em todas as direções.
 Quando um feixe de luz atravessa os materiais polarizadores, a onda 
luminosa emergente passa a vibrar num único plano.
Atividades de Fixação de Conteúdo
 Desenhe uma onda eletromagnética luminosa,
contendo os seguintes componentes:
intensidade, aplitude e comprimento de onda
 Desenhe duas ondas eletromagnéticas de luz,
sendo uma com maior comprimento de onda
(descrever o que ocorre com sua frequência) e
ontra com menor comprimento de onda
(descrever o que ocorre com seu comprimento
de onda
Formação da imagem
A formação da imagem na retina requer 4 processos básicos:
1. Refração dos raios de luz;
2. Acomodação (aumento da curvatura) da lente (cristalino).
3. Constrição da pupila.
4. Convergência dos olhos .
Formação da imagem
 A retina, como é uma película extremamente sensível à luz, pode ser 
comparada ao filme de uma maquina fotográfica, e é sobre ela que se 
formará a imagem, constituindo-se assim, como um anteparo. 
 As imagens formadas sobre a retina são reais, invertidas e menores que 
o objeto, e estas logo são transformadas por células fotossensíveis em 
impulsos nervosos, e direcionadas através de nervos ópticos para o 
córtex cerebral, onde ocorre o processamento das imagens registradas, 
bem como a sensação visual. 
 No cérebro, também ocorre uma conversão das imagens, 
transformando-as em uma posição normal.
São alterações dinâmicas no poder de refração do
cristalino. É uma atividade do músculo ciliar que
circunda o cristalino.
Formação da imagem
A acomodação do olho:
 O cristalino possui uma elasticidade que o permite alterar a sua
forma, tornando-se mais, ou menos convergente, contribuindo
também para sua acomodação, a qual é muito importante na
formação de imagens de diferentes distâncias.
 Quando o objeto está distante, a imagem formada é
correspondente a um relaxamento dos músculos ciliares (músculos
que circundam o cristalino), já se o objeto está próximo, a imagem
é derivada de uma tensão destes músculos.
Objetos distantes: O músculo ciliar relaxa, o
cristalino se estica e fica com a curvatura menor,
mais achatada, torna-se relativamente fino e
plano, com menor poder de refração.
Objetos próximos: o músculo ciliarse contrai,
aumentando a curvatura do cristalino, ficando
mais esférico e mais espesso, e apresenta o
máximo poder de refração.
Na retina estão os fotoreceptores (receptores
sensoriais), que são os Cones e os Bastonetes.
A retina humana contém aproximadamente 3
milhões de cones e 100 milhões de bastonetes.
Os cones são responsáveis pela percepção das
cores e detalhes. Os bastonetes são
responsáveis pela visão em condições de
pouca luz.
As partes superiores desses fotorreceptores
contêm uma molécula chamada rodopsina
(opsina), ligada a um pigmento violeta-
avermelhado chamado retinal. Essas moléculas
são responsáveis pelas reações químicas que
resultam na visão.
Existem três grupos de cones. A estimulação
combinada desses cones é capaz de produzir a
extensa gama de cores que conseguimos
enxergar, através do processo de adição de
cores, realizado pelo cérebro.
https://www.youtube.com/watch?v=SSeEqeeh8rg
Depois que a radiação luminosa alcança os cones
e bastonetes, esta atinge a camada das células
pigmentares. Haverá, então, a transmissão pelos
neurotransmissores para o nervo óptico.
Partindo do nervo óptico, se dirige ao quiasma
óptico, passando para o trato óptico e pelo corpo
geniculado lateral até alcançar as radiações
ópticas.
A parte final é reservada ao córtex estriado que
está localizado no lobo occipital. É neste local que
são criadas as representações do espaço visual
envolvente.
O lado esquerdo do mundo visual está
representado no hemisfério direito e o lado direito
no hemisfério esquerdo.
Centro da Visão no Cérebro
 Devido ao cruzamento no quiasma
óptico, o lado direito do córtex
interpreta as sensações visuais do
lado esquerdo de um objeto e o lado
esquerdo interpreta as sensações do
lado direito do objeto.
Patologias da visão
Daltonismo
 É uma patologia visual cuja pessoa pode ter ausência ou redução na
sensibilidade de um, dois ou dos três tipos de cones.
 O caso mais comum de daltonismo é em virtude do cone sensível
ao vermelho, onde um objeto vermelho é visto como sendo preto.
 Em casos menos comuns pode haver problemas com os cones
sensíveis ao verde ou ao azul.
Patologias da visão
Daltonismo
 Testes para detectar o daltonismo:
Patologias da visão
Glaucoma:
 Doença degenerativa que afeta o nervo ótico, resultando em danos
permanentes para a visão e numa possível cegueira se não for tratado.
As células ganglionares da retina do nervo ótico são destruídas
progressivamente, por razões que ainda não são completamente
claras: a genética, a dieta alimentar e o ambiente desempenham
papéis por determinar no desenvolvimento da doença.
 Sintomas: aparecem quando a doença já está avançada. Os principais
são: enxergar menos ou ter o campo de visão afetado.
 Tratamento: geralmente com colírios, mas existem casos que precisam
de cirurgia. Alguns tratamentos incluem também o uso da Cannabis
sativa, pois seu uso ajuda a aliviar a pressão intraocular.
Lentes
 As lentes convergentes (bordas finas) : são as lentes que
conseguem fazer com que todos os raios de luz paralelos
cheguem em um único ponto do espaço. Esse ponto de
encontro dos raios paralelos é dito ponto focal ou foco da
lente esférica.
Lentes
 As lentes divergentes (bordas grossas) são lentes que conseguem fazer
com que os raios de luz paralelos sejam espalhados, ou seja, têm por
objetivo fazer com que os raios luminosos divirjam. Nas lentes
divergentes o foco é dito virtual, de forma que sua distância focal é
negativa.