Biofísica da Visãƒo

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Biofísica da Visãƒo

  1. 1. 22/04/2013 Índice de Refração Biofísica da Visão 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. Ar Vidro Feixes luminosos Profª. Melissa Deuner BIOFÍSICA Córtex visual do lobo occipital Índice de Refração Trato óptico Quiasma óptico Nervo óptico BIOFÍSICA 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 ar n= vAr vVidro Velocidade de propagação da luz no vidro Índice de refração do vidro BIOFÍSICA 1
  2. 2. 22/04/2013 Índice de Refração 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. n= vAr 300.000 km/s vVidro = 200.000 km/s = 1,5 BIOFÍSICA Lente Convexa 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. 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. Feixes luminosos Feixes luminosos foco Lente convexa BIOFÍSICA Lente côncova BIOFÍSICA 2
  3. 3. 22/04/2013 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. f 1m Poder de refração = 1m / f BIOFÍSICA 3
  4. 4. 22/04/2013 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. NOSSO OLHO olho cristalino BIOFÍSICA 4
  5. 5. 22/04/2013 Anatomia do Olho Índice de Refração do Olho Ar (n=1,0) Pupila Íris Pupila Íris Córnea Córnea (n=1,38) Humor aquoso (n=1,33) Humor aquoso Zônula Zônula Câmara posterior Câmara posterior Músculo ciliar Músculo ciliar Cristalino Cristalino (n=1,40) Coróide Coróide Esclerótica Esclerótica Humor vítreo Humor vítreo (n=1,34) Retina Retina Fóvea Fóvea Disco ótico Disco ótico Nervo ótico e vasos retinais Nervo ótico e vasos retinais BIOFÍSICA www.bioaula.com.br BIOFÍSICA www.bioaula.com.br 5
  6. 6. 22/04/2013 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. Miopia e Hipermetropia A) Emetropia Córnea Íris Humor aquoso Músculo ciliar Cristalino Ligamento suspensor Humor vítreo 1 2 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. 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 BIOFÍSICA Correção da Miopia • 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. www.bioaula.com.br BIOFÍSICA 6
  7. 7. 22/04/2013 Correção da Miopia •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. Visão normal Miopia Correção da Hipermetropia 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. 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. BIOFÍSICA BIOFÍSICA 7
  8. 8. 22/04/2013 Correção do Astigmatismo Moscas Volantes Pupila Íris Córnea Humor aquoso 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. 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. Zônula Câmara posterior Músculo ciliar Cristalino Coróide Esclerótica Humor vítreo Retina Fóvea Disco ótico Fonte: http://www.portaldaretina.com.br/ilusoes/index.asp Nervo ótico e vasos retinais BIOFÍSICA Astigmatismo BIOFÍSICA Causas das Moscas Volantes Pupila Íris Córnea Humor aquoso 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. Visão normal Zônula Câmara posterior Músculo ciliar Cristalino Coróide Esclerótica Humor vítreo Retina Fóvea Disco ótico Fonte: http://www.portaldaretina.com.br/ilusoes/index.asp Nervo ótico e vasos retinais Visão com astigmatismo BIOFÍSICA 8
  9. 9. 22/04/2013 Moscas Volantes Ceratocone do Grego: kerato- chifre, córnea; e konos cone, Bastonete e Cone Bastonete (periférica) Cone (cores) Discos 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. Segmento externo Segmento interno Terminal sináptico Espaço Citoplasmático Membrana Plasmática Cílio Mitocôndrias Núcleo Vesículas sinápticas Segmento externo Segmento interno Terminal sináptico 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. www.bioaula.com.br BIOFÍSICA 9
  10. 10. 22/04/2013 Estrutura da Retina 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. Seção 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 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. Fonte: http://www.diptech.com.br/seminars/visao/monografia/visao_monografia.htm Retina BIOFÍSICA Luz Excitação dos Fotorreceptores 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 Fonte: Garcia, E. A. C. Biofísica. Savier, 2000 (pg. 269). www.bioaula.com.br Editora BIOFÍSICA 10
  11. 11. 22/04/2013 Decomposição da Rodopsina 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. Fonte: http://www.scienceofspectroscopy.info/ BIOFÍSICA Daltonismo • 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. 11
  12. 12. 22/04/2013 Ilusão de Ótica 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. Fonte: http://www.portaldaretina.com.br/ilusoes/index.asp BIOFÍSICA Ilusão de Ótica Tipos de 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. Fonte: http://www.portaldaretina.com.br/ilusoes/index.asp BIOFÍSICA 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. Fonte: http://www.portaldaretina.com.br/ilusoes/index.asp BIOFÍSICA 12
  13. 13. 22/04/2013 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). Fonte: http://www.portaldaretina.com.br/ilusoes/index.asp BIOFÍSICA 13
  14. 14. 22/04/2013 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. Fonte: http://www.portaldaretina.com.br/ilusoes/index.asp BIOFÍSICA 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... Fonte: http://www.portaldaretina.com.br/ilusoes/index.asp BIOFÍSICA 14
  15. 15. 22/04/2013 Tipos de Ilusão de Ótica 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. BIOFÍSICA 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. 15
  16. 16. 22/04/2013 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! 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! • 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! 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! • O hipopótamo tem o maior globo ocular de todos os animais, com até 12 centímetros de diâmetro! www.bioaula.com.br 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! www.bioaula.com.br MENSAGEM A VOCÊ Sentido da Visão: • 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! www.bioaula.com.br 16
  17. 17. 22/04/2013 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 . . . 17
  18. 18. 22/04/2013 18
  19. 19. 22/04/2013 Odiamos a solidão, mas adoramos nos isolar. Seu destino não é uma questão de sorte, mas sim uma questão de escolhas. TUDO É UMA QUESTÃO DE ÓPTICA 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? VOCÊ É AQUILO QUE QUER SER !!! 19
  20. 20. 22/04/2013 Referências 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. www.bioaula.com BIOFÍSICA 20

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