aula 1 - biofísica da visão

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Biofísica da Visão
 Visão
 Princípios da física óptica
 Anatomia do olho humano
 Funções do olho humano
 Formação da imagem no olho humano
Mecanismos de acomodação
 Diafragma pupilar
 Retina
 Defeitos na visão
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Desenvolvimento
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Visão
• Interação da luz com os fotorreceptores da 
retina
• Retina 
– “filme inteligente” situado no olho 
• Olho
– Câmara “superautomática” 
– Posiciona-se na direção do objeto
– Poder de foco
– Regula a sensibilidade do filme 
• Informação Visual:
– retina - tálamo - cortex
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Princípios da física óptica
LUZ
– Forma de energia radiante que se
manifesta ao mesmo tempo como partícula
e como onda
– Amplitude - quantidade de energia
– Comprimento de onda - distância entre 2
pontos homólogos da curva senoidal
– Frequência
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Princípios da física óptica
INTERAÇÕES DA LUZ COM A MATÉRIA
– Absorção - Acontece quando os raios de luz que incidem sobre uma superfície são
por ela absorvidos, transformando-se em calor. Desta forma, não são gerados nem raios
refletidos, nem refratados.
– Reflexão - Acontece em superfícies polidas. Os raios de luz de luz que se propagam no
meio 1 e incidem sobre a superfície, retornam ao meio original.
– Refração - Acontece quando raios de luz que se propagam no meio 1 incidem sobre
uma superfície transparente S e, depois de atravessá-la, passam a se propagar num outro
meio 2.
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REFRAÇÃO DA LUZ
Grau de refração aumenta em função:
(1) Proporção entre os índices de refração dos dois meios transparentes
(2) Grau de angulação entre a interface e a frente da onda
Princípios da física óptica
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LENTES
• Lentes convexas 
– Raios paralelos tornam-se convergentes
– Focalização dos raios luminosos
– Ponto focal = foco
• Lentes côncavas
– Raios paralelos tornam-se divergentes
– Não apresenta ponto focal
Princípios da física óptica
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Princípios da física óptica
DISTÂNCIA FOCAL
Distância de uma lente de onde os raios paralelos convergem para um
ponto focal comum.
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Princípios da física óptica
DIOTROPIA
O Poder de convergência de uma lente é medido em diotropias (D). Essa unidade
corresponde ao inverso da distância focal (f) da lente, quando ela é medida em metros.
Isto é uma lente esférica tem um poder de refração de +1 dioptria quando é capaz de
convergir raios luminosos paralelos para um ponto focal a 1 m além da lente.
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FORMAÇÃO DE IMAGENS
1. Todo raio paralelo ao eixo principal emerge da lente principal, passando pelo seu foco;
2. O raio que passa pelo centro óptico da lente não sofre desvio;
3. Todo raio proveniente de um dos focos da lente emerge dela como raio paralelo ao eixo
principal.
Princípios da física óptica
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Anatomia do olho humano
• Parede anterior
– Conjuntiva (mucosa)
– Córnea
• Demais regiões: 
– Esclerótica - membrana rígida -forma
– Coróide - nutrição; 
melanina - reduz reflexão
– Retina - fotorreceptores
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Funções do olho humano
As diversas estruturas do globo ocular servem para:
– Conduzir a luz até os fotossensores;
– Focalizar a imagem dos objetos sobre os fotorreceptores;
– Manter a forma e movimentar;
– Nutrir, lubrificar e proteger o olho;
– Reduzir o ofuscamento;
– Adaptar o olho a diferentes condições de luminosidade;
– Conduzir as informações visuais para o sistema nervoso central;
– Processar as informações visuais.
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Formação da imagem no olho humano
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.
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ão• Sistema de lentes do olho:
– Interface ar-córnea
– Interface córnea-humor aquoso
– Interface humor aquoso-cristalino
– Interface cristalino-humor vítreo
• Olho reduzido
– Única lente – ponto central 17 mm
adiante da retina
– Poder de refração total = 59 dioptrias
– Cristalino – mecanismos de acomodação
Formação da imagem no olho humano
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Mecanismos de acomodação
• Poder de refração do cristalino: varia de 15 até cerca de 59 dioptrias – alteração de forma
• 70 ligamentos prendem-se radialmente ao cristalino – tensão elástica
• Fibras meridionais e circulares – contração – reduz tensão no cristalino – assume forma mais
esférica
• Sujeito a controle autonômico (Parassimpático)
Quando ocorre a contração do músculo ciliar: 
• Redução do diâmetro do círculo das fixações de ligamento
• Menor tensão sobre o cristalino.
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Mecanismos de acomodação
Quando ocorre a contração do músculo 
ciliar: 
• Redução do diâmetro do círculo das 
fixações de ligamento
• Menor tensão sobre o cristalino.
• Maior refração
Quando ocorre o relaxamento do músculo 
ciliar: 
• Aumento do diâmetro do círculo das 
fixações de ligamento
• Maior tensão sobre o cristalino.
• Menor refração.
Humor aquoso
Cristalino
Córnea Íris
Músculo ciliar
Humor vítreo
1) Menor refração 2) Maior refração
(músculo ciliar relaxado) (músculo ciliar contraído)
Zônulas
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Mecanismos de acomodação
Presbiopia ou “vista cansada” – perda do poder de acomodação do cristalino
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Diafragma pupilar
• Íris – controla a quantidade de luz que
penetra no olho
• Diâmetro pupilar varia de 8 a 1,5 mm
• Profundidade de foco
• Controle autonômico
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Retina
• Retina - Local onde chegam os fótons, que
interagem com os receptores especiais,
gerando um impulso elétrico.
• Células sensíveis à luz na camada mais
interna da retina
• Luz incidente atravessa diversas camadas
antes de sensibilizá-las.
• Parece ineficiente?
• Perda da energia luminosa é mínima
• Baixa absorção luminosa das camadas
anteriores.
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Retina
• Células sensíveis à luz na 
camada mais interna da retina
• Luz incidente atravessa 
diversas camadas antes de 
sensibilizá-las. 
• Parece ineficiente?
• Perda da energia luminosa é 
mínima
• Baixa absorção luminosa das 
camadas anteriores.
Seção da retina
Luz
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
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Seção da retina
Luz
Luz
Camada pigmentar
Camada de cones e 
bastonetes
Camada nuclear 
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Camada plexiforme 
externa
Camada nuclear 
interna
Camada plexiforme 
interna
Camada de células 
gaglionares
Camada da fibra 
nervosa
Retina
• Acuidade visual reduzida
• Sinal luminoso atravessa camadas
•Camada pigmentar contém melanina
• Função similar ao interior negro das 
câmaras fotográficas
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Mácula e fóvea
• Centro da retina 
• Mácula apresenta uma área inferior a 1 
mm2
• Região central ocupada só por cones
• Auxílio no registro de imagens
• Região da fóvea tem área de 0,13 mm2 e 
160 mil células fotorreceptoras por mm2
• Falcão apresenta 1 milhão de 
fotorreceptores
• Maior acuidade visual.
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Retina - fotoreceptores
Possui dois tipos de células
fotossensíveis
- Cones – destinados à visão de
cores e detalhes – molécula
sinalizadora: iodopsina
- Bastonetes – destinados à visão de
claro-escuro – molécula
sinalizadora: rodopsina
No segmento externo está localizado as
substâncias sensíveis a luz.
Discos são invaginações na membranacelular
Terminal sináptico responsável pela
comunicação com as células neuronais
A) Bastonete B) Cone
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Excitação dos fotoreceptores
Segmento 
externo
Segmento 
interno
Terminal 
sináptico
• Na escuridão, canais iônicos abertos
• 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)
• Liberação de neurotransmissor.
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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.
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Decomposição da rodopsina
http://scienceofspectroscopy.info/wiki/index.php?title=Image:Rhodopsin.gif
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Decomposição da rodopsina
Fonte: http://www.scienceofspectroscopy.info/
Rodopsina + luz Prelumirrodopsina Lumirrodopsina
Metarrodopsina I Metarrodopsina II Retinal + Opsina
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Decomposição da rodopsina
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Estrutura do cone
• As proteínas iodopsinas estão inseridas na membrana do cone
• Existem três tipos de iodopsina
• Uma para a cor vemelha, outra para o verde e uma para o azul.
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Defeitos na visão
• Emétrope, o olho normal
• Focalização normal dos objetos
• Míope, imagem formada antes da retina
Globo ocular mais longo ou ...
... poder de refração muito grande 
• Hipermétrope, imagem formada após a retina
Globo ocular mais curto ou ...
... poder de refração menor
B) Miopia
C) Hipermetropia
A) Emetropia
MIOPIA E HIPERMETROPIA
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Defeitos na visão
• Correção da miopia
• Correção da hipermetropia
MIOPIA E HIPERMETROPIA
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Defeitos na visão
ASTIGMATISMO
Deve-se a uma imperfeição de curvatura da córnea ou do cristalino
Imagem em vários focos que se encontram em eixos diferenciados.
Correção pelo uso de lentes cilíndricas
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Moscas volantes
• Manchas ou pontos escuros no campo de
visão
• Pequenas opacidades dentro do humor
vítreo
• Corpos flutuantes realmente flutuando
dentro da gelatina
• Sombra projetada sobre a retina, conforme
a movimentação dos olhos.
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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.
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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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Tipos de ilusão de ótica
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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Tipos de ilusão de ótica
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.
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Tipos de ilusão de ótica
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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FIM