Kitabı oku: «Fundamentos de visión binocular»
FUNDAMENTOS
DE VISIÓN BINOCULAR
Educació. Materials 74
FUNDAMENTOS
DE VISIÓN BINOCULAR
Álvaro M. Pons Moreno, Francisco M. Martínez Verdú
UNIVERSITAT D’ALACANT
UNIVERSITAT DE VALÈNCIA
2004
Col·lecció: Educació. Materials
Director de la col·lecció: Guillermo Quintás Alonso
Aquesta publicaciό no pot ser reproduïda, ni totalment ni parcialment, ni enregistrada en, o transmesa per, un sistema de recuperaciό d’informacid, en cap forma ni per cap mitjà, sia fotomecànic, fotoqurmic, electrònic, per fotocòpia o per qualsevol altre, sense el permís previ de l’editorial.
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46010 València
publicacions@uv.es
© Los autores, 2004
© De esta edición: Universitat de València, 2004
Producció editorial: Maite Simon
Fotocomposició i maquetació: Celso Hdez. de la Figuera
Disseny original de la coberta: Pere Fuster (Borràs i Talens Assessors SL)
Correcció: David Lluch (Communico CB)
ISBN: 978-84-370-9382-6
Edició digital
Índice
INTRODUCCIÓN
Capítulo 1. La visión binocular
1.1 El sentido espacial de la percepción
1.2 El espacio visual
1.3 Evolución de la visión binocular
1.4 Condiciones para la visión binocular
1.5 Conceptos básicos
1.6 Grados de visión binocular
Capítulo 2. Cinemática del ojo
2.1 Introducción a la motilidad ocular
2.2 Conceptos iniciales: ejes, ángulos y planos de referencia en el ojo
2.3 Posición de los ojos en la cabeza
2.4 Ducciones
2.5 Sistemas de representación de los movimientos oculares
2.5.1 Ruta de Helmholtz.
2.5.2 Ruta de Fick.
2.5.3 Ruta de Listing
2.6 Leyes de Donders y de Listing
Problemas
Capítulo 3. Dinámica del ojo
3.1 Consideraciones geométricas previas
3.2 Teoría clásica vs. moderna de las acciones músculo-oculares
3.2.1 Acción de los rectos externo e interno.
3.2.2 Acción de los rectos superior e inferior.
3.2.3 Acción de los oblicuos superior e inferior.
3.2.4 Acciones desde una posición no primaria de mirada.
3.3 Músculos sinergistas y antagonistas: ley de Sherrington
3.4 Sistemas de representación de las acciones músculo-oculares
Capítulo 4. Tipos de movimientos oculares
4.1 Necesidad de los movimientos oculares
4.2 Clasificación de los movimientos oculares
4.3 Movimientos para el mantenimiento de la mirada
4.3.1 Movimientos vestíbulo-oculares.
4.3.2 Movimientos optocinéticos
4.4 Movimientos para el desplazamiento de la mirada
4.4.1 Sacádicos.
4.4.2 Movimientos de seguimiento.
4.4.3 Vergencias
4.5 Micromovimientos de fijación
4.6 Métodos de medida de los movimientos oculares
Problemas
Capítulo 5. Movimientos binoculares
5.1 Versiones
5.2 Vergencias
5.2.2 Convergencias asimétrica y simétrica.
5.2.3 Componentes de la vergencia
5.3 Músculos sinergistas y antagonistas contralaterales
5.4 Anomalías de la convergencia binocular
5.4.1 Forias.
5.4.2 Estrabismos
5.5 Introducción al tratamiento de las anomalías binoculares
Problemas
Capítulo 6. Convergencia binocular
6.1 Defniciones y relaciones
6.1.1 Relación entre la línea base y la distancia interpupilar.
6.1.2 Unidades métricas de la convergencia
6.2 Relación C/A en un emétrope
6.2.1 La línea de Donders para miopes e hipermétropes
6.3 Zona de visión binocular nítida y haplópica
6.3.1 Relación ACA
6.4 Relación C/A en un amétrope compensado
6.5 Relación C/A en un présbita
6.6 Convergencia inducida por la acomodación y acomodación inducida por la convergencia
Problemas
Capítulo 7. Visión binocular con prismas
7.1 Efectos ópticos de un prisma
7.1.1 Potencia efcaz de un prisma.
7.1.2 Ley de Prentice.
7.1.3 Tipos de prismas.
7.1.4 Movimientos oculares disociados debido a prismas
7.2 Objeto binocular efectivo
7.2.1 Variación del objeto binocular efectivo con lentes esféricas.
7.2.2 Variación del objeto binocular efectivo con prismas.
7.2.3 Estereoscopio de Brewster-Holmes
7.3 La neutralización óptica con prismas en visión binocular
7.3.1 Introducción al tratamiento de las forias y estrabismos con prismas
Problemas
Capítulo 8. Dirección visual
8.1 Introducción a los aspectos sensoriales de la visión binocular
8.2 El sentido direccional
8.3 Proyección monocular: el signo local
8.3.1 Fijación excéntrica
8.4 Proyección binocular
8.4.1 Correspondencia retiniana.
8.4.2 Leyes de dirección visual.
8.4.3 Ojo Cíclope
8.5 Diplopía y confusión
8.5.1 Diplopía fsiológica
8.6 Correspondencia retiniana anómala
Problemas
Capítulo 9. El horóptero
9.1 El horóptero teórico
9.2 Determinación del horóptero longitudinal
9.3 Análisis del horóptero longitudinal
9.4 Comparación del horóptero empírico respecto del horóptero teórico
9.4.1 El horóptero en visión binocular anómala.
9.4.2 Distorsiones en el horóptero debido a factores ópticos
Problemas
Capítulo 10. Fusión binocular. Espacio de Panum
10.1 Fusión motora y fusión sensorial. Teorías
10.2 Áreas y espacio de Panum
10.3 Disparidad de fjación
10.3.1 Curva de vergencias forzadas
Capítulo 11. Rivalidad y supresión
11.1 Fenómenos básicos de rivalidad y supresión
11.1.1 Diferencias interoculares en contraste y luminancia.
11.1.2 Dominancia de campos homogéneos.
11.1.3 Velocidad relativa de los estímulos
11.2 Teorías de rivalidad
11.2.1 La teoría mental.
11.2.2 La teoría de supresión.
11.2.3 Teoría de los dos canales.
11.2.4 Teoría de la respuesta dual
11.3 Control voluntario de la rivalidad
11.4 Escalas clínicas de supresión binocular anormal
Capítulo 12. Anisometropía y aniseiconía
12.1 Introducción
12.2 Anisometropía
12.2.1 Efectos prismáticos asimétricos.
12.2.2 Anisoacomoda-ción.
12.2.3 Diferencia de tamaño entre las imágenes retinianas.
12.2.4 Un caso particular de anisometropía: la afaquia unilateral
12.3 Aniseiconia
12.3.1 Clasificación de la aniseconia.
12.3.2 Eiconometría.
12.3.3 Cálculo de la elipse aniseicónica
12.4 Tratamiento de la aniseiconía
12.4.1 Aniseiconía anisometrópica puramente axial o puramente refractiva.
12.2.2 Técnicas generales de tratamiento de la aniseiconía
Capítulo 13. Distancia visual. Estereopsis
13.1 Defniciones. Percepción de distancias en el sistema visual humano 313
13.2 Pistas monoculares
13.2.1 Pistas monoculares primarias.
13.2.2 Pistas monoculares secundarias
13.3 Interacción entre las pistas monoculares y la estereopsis
13.3.1 Interacción entre la estereopsis y la perspectiva.
13.3.2 Interacción entre estereopsis y sombras.
13.3.3 Constancia estereoscópica
13.4 Agudeza visual estereoscópica
13.5 Factores que afectan a la AVE
13.5.1 Factores espaciales.
13.5.2 Comparación entre dispari-dades cruzadas y descruzadas.
13.5.3 Orientación de los tests.
13.5.4 Efecto de la luminancia y el contraste.
13.5.5 Efectos interoculares.
13.5.6 Efecto del color.
13.5.7 Efecto de los movimientos oculares.
13.5.8 Infuencia de los factores tempo-rales.
13.5.9 Efecto de la práctica
13.6 Aspectos temporales de la estereopsis
13.6.1 El efecto Pulfrich.
13.6.2 El efecto Mach Dvorak.
13.6.3 Luminancia y latencia visual.
13.6.4 Adaptación a la luz y a la oscuridad.
13.6.5 Movimientos oculares Problemas
Capítulo 14. Estereopsis II
14.1 Estereogramas
14.1.1 Fusión libre.
14.1.2 Parejas estereoscópicas en terapia visual
14.2 Técnicas estereoscópicas
14.2.1 Diseño por ordenador de estereogramas de papel pintado Problemas
Capítulo 15. Medida de la agudeza visual estereoscópica. Estereoano- malías
15.1 Método de Howard Dolman
15.2 Tests optométricos no basados en estereogramas de puntos aleatorios
15.2.1 Test de Titmus.
15.2.2 Test de Frisby
15.3 Tests basados en estereogramas de puntos aleatorios
15.3.1 Tests de visión ciclópea.
15.3.2 Test TNO.
15.3.3 E test
15.4 Diferencias entre los tests
15.4.1 Problemática de los tests más usuales.
15.5 Desarrollo de la visión binocular
15.6 Estereoanomalías
15.6.1 Deprivación monocular.
15.6.2 Ambliopía.
15.6.3 El periodo crítico del desarrollo.
15.6.4 Daños cerebrales y estereopsis
BIBLIOGRAFÍA
ÍNDICE ANALÍTICO
Introducción
La visión humana puede calificarse, sin temor ninguno, como el logro máximo de la evolución natural. Su complejidad formal contrasta con su versatilidad y, por encima de todo, con la simpleza y sencillez con que asumimos la información que nos provee. Desde los ojos llega al cerebro un cúmulo de datos que son procesados de forma eficiente y veloz para procurarnos una representación fiable de nuestro entorno. Sin embargo, somos absolutamente inconscientes del volumen de procesado y decisiones que nuestro cerebro ha tomado en milisegundos para poder percibir, por ejemplo, el libro que en estos momentos sostiene en sus manos. En esas fracciones infinitesimales de tiempo, el cerebro no sólo ha descifrado el conjunto de caracteres llamados letras colocados en un orden determinado para obtener un mensaje, sino que ha dado simultáneamente miles de órdenes que permiten que ese objetivo sea alcanzado. Ha calculado la distancia a la que tenía que estar el libro, adecuando el esfuerzo muscular sobre los msculos ciliares para que el cristalino se abombe hasta producir la acomodación requerida, ha sincronizado el movimiento de nuestros dos ojos para que se produzca el balanceo necesario para la lectura, se han dado instrucciones precisas a nuestras extremidades para pasar cada hoja con una precisión extrema… tan sólo por citar algunas de las tareas más evidentes.
Una cantidad extraordinaria de tareas de altísima dificultad y precisión que han sido realizadas de forma automática, sin apenas intervención volitiva. Un porcentaje muy elevado de todas esas tareas se han llevado a cabo gracias a la coordinación de la información visual procedente de los dos ojos, la visión binocular, posiblemente, la gran desconocida de la visión. Pese a su indudable importancia, la compleja interconexión de la información que proviene de los dos ojos ha dificultado en un grado incuestionable su estudio. Si nos fijamos en las publicaciones de las principales revistas de investigación en el campo de las ciencias de la visión, la binocularidad es tan sólo considerada en un porcentaje bajísimo de los artículos pubñicados. La gran mayoría de trabajos sobre este campo se centran en aplicaciones clínicas optométricas y oftalmológicas, y crean importantes lagunas en el conocimiento teórico de la visión binocular.Así, si difícil es comprender por qué tenemos dos ojos, más complejo resulta en muchos casos poder estudiarlo.
El planteamiento de este libro, ha sido la recopilación en un sólo texto de los principales aspectos teóricos de la binocularidad, expresándolos y adaptándolos a las necesidades de la docencia de las titulaciones centradas en las ciencias de la visión. El libro se ha estructurado siguiendo un recorrido lógico: las etapas de la visión binocular. En primer lugar, se estudian los aspectos motores necesarios para la coordinación de los movimientos de los dos ojos, primer paso para poder conseguir una única representación visual. Se describen los principales aspectos dinámicos de las acciones musculares (sin entrar en una descripcin anatómica profunda, que se deja a otros textos más especializados) y se analiza con profundidad la convergencia binocular, máximo exponente de la coordinación binocular. En segundo lugar, nos adentraremos en los complejos aspectos sensoriales de la visin binocular que permiten una representación de nuestro entorno, centrándonos en aquéllos que proporcionan información sobre direcciones y distancias, dotándonos de un sistema de referencia fexible y de alta precisión. El estudio comienza en la fusión binocular, fase inicial necesaria para una representación única, desde la que se irá avanzando en el análisis de la percepción hasta llegar al grado más alto de visión binocular: la estereopsis.
Esperamos que este libro pueda aportar una ayuda eficaz y fructífera a los estudiantes y docentes del área de las ciencias de la visión en un campo donde la bibliografía es escasa y prácticamente inexistente en castellano.
El presente estudio ha favorecido un reencuentro entre compañeros y entre los servicios de publicaciones de la Universitat de València y la Universidad de Alicante. De esto último solo nos cabe congratularnos.
1. La visión binocular
1.1 El sentido espacial de la percepción
La visión se puede entender como la interpretación del mundo exterior mediante sistemas internos de codifcación y representación a través de la extracción de la información contenida en las imágenes retinianas. Este libro se centra en el uso coordinado, tanto en el nivel motor como sensorial, de los dos ojos para dar lugar a una impresión mental simple del entorno que nos rodea. Por tanto, el objetivo fundamental de la visión binocular es la interpretación fdedigna de nuestro entorno en una única imagen perceptual a partir de las dos imágenes retinianas. Esta interpretación nos permite orientarnos dentro del entorno físico que nos rodea y detectar la posición espacial de un objeto, tanto su dirección como su distancia.
Si bien es verdad que viendo con un solo ojo tenemos sentido espacial, éste no es tan bueno como el que se obtiene con los dos ojos abiertos. Por ejemplo, si mantenemos recto un bolígrafo con una mano delante de nuestra cara con un solo ojo abierto, al intentar tocar rápidamente su extremo con el índice de la otra mano libre con el brazo alzado, nunca lo conseguiremos; en cambio, con los dos ojos abiertos sí. Esto pone de manifiesto que la coordinación dedo-cerebro no es la misma nutriéndose de la información que recibe de un solo ojo, que si lo hace de los dos. Por tanto, este sencillo ejemplo nos muestra cómo la visión binocular debe aportar algunas ventajas perceptuales con respecto a la visión monocular. Veremos a lo largo del libro, entre otros aspectos, cuáles son.
1.2 El espacio visual
En principio, se debe presuponer que la representación e interpretación visual del espacio físico debe ser lo más fidedigna posible. Sin embargo, muchos investigadores se han planteado qué tipo de espacio es, matemáticamente hablando, el espacio visual. Esta pregunta es de gran importancia, ya que la medida de distancias en el espacio visual dependerá en gran medida de la métrica del espacio visual. Las diferencias entre una métrica euclídea (la que utiliza un arquitecto o un ingeniero civil) o no euclídea se traducirán en que la medida de distancias en el espacio visual será más o menos parecida a la que se da en el espacio físico. En ese sentido, las primeras experiencias se llevaron a cabo en 1913 (Regan 1991), siendo Blumenfeld el primero en hacer una experiencia en este sentido: la alineación al nivel de los ojos de dos grupos de puntos paralelos. El resultado fue que, cuando el observador los consideraba paralelos, los puntos estaban orientados de forma diferente, tal y como se ve en la fig. 1.1. Por tanto, el espacio visual binocular no es euclídeo.
Fig. 1.1 Experiencia de Blumenfeld.
Experiencias más precisas, como las realizadas por Foley en 1972 e Higashiyama en 1984 demostraron que la métrica del espacio visual binocular no es homogénea en todas las direcciones. En estas experiencias, los observadores debían construir figuras rectangulares, como triángulos rectángulo y cuadrados (fig. 1.2), obteniendo figuras deformadas en el espacio físico que se interpretaban como figuras rectas en el espacio visual.
Fig. 1.2 Experiencias de Foley (arriba) e Higashiyama (abajo).
1.3 Evolución de la visión binocular
Existen importantes diferencias entre los sistemas visuales de las diversas especies, motivadas por los diferentes caminos evolutivos que éstas han seguido. Así, para las especies herbívoras, la principal necesidad es la detección de peligro, que se cubre si se tiene un campo visual lo más amplio posible. Para obtener este campo visual máximo, los ojos se colocan lateralmente, dando 360º de campo visual pero sin apenas solapamiento de los mismo (fig. 1.3). Sin embargo, en las especies cazadoras, más evolucionadas, se precisa una visión que permita detectar la distancia a la que están las presas, lo que deriva en una posición frontal de los ojos que provoque en un solapamiento de los campos visuales monoculares que den lugar a la visión binocular.
Fig. 1.3 Campos visuales monocular y binocular del conejo (izquierda) y del gato (derecha).
Estas diferencias se extienden también a aspectos fisiológicos. En el quiasma óptico se produce un cruce entre la información que proviene de los ojos y se dirige al cerebro. En los animales inferiores, la decusación o cruce es total, de forma que no existe superposición de la información. Sin embargo, en los mamíferos se produce una decusación parcial que se conoce como semidecusación quiasmática, que permite que la información de ambos ojos sea combinada (fig. 1.4). Esto acarrea consigo, entre otras cosas, que la parte izquierda del espacio físico se analiza sensorialmente en el cerebro derecho, y la parte derecha en el cerebro izquierdo. Por tanto, una lesión irreversible en el córtex visual derecho provocaría una ceguera en todo el espacio físico izquierdo.
Fig. 1.4 Esquema de los caminos visuales con la aparición de la semidecusación quiasmática (Artigas, et al., 1995).
1.4 Condiciones para la visión binocular
Se deben verificar cuatro condiciones básicas por orden de prioridad para que exista visión binocular:
1. Los dos campos visuales monoculares deben solaparse en una región suficientemente amplia para obtener un campo binocular extenso, como ocurre en las especies carnívoras (fig. 1.3).
2. Los ojos deben moverse de forma coordinada para que los ejes visuales se crucen sobre un mismo punto de fijación, permitiendo que las imágenes se formen sobre áreas simétricas en las retinas de los dos ojos (fig. 1.5).
Fig. 1.5 Esquema de alineación de los ejes visuales de ambos ojos para conseguir la fijación bifoveal: el punto de fijación F se proyecta simultáneamente en las dos fóveas.
3. La información recibida en ambas retinas debe transmitirse a regiones asociadas del córtex visual, es decir, que se mantenga la correspondencia retiniana a lo largo de los caminos visuales de procesado de la información visual. Por ejemplo, en la fig. 1.6, se puede apreciar cómo las dos fóveas (símbolos claros) tienen en común el punto de fijación F por lo que las rutas neurales asociadas a estos puntos retinianos se agrupan en columna en el cuerpo geniculado lateral (CGL) para salir conjuntamente hacia el córtex visual. Pero esto mismo se da también para cualquier par de puntos retinianos (símbolos oscuros) en ambos ojos que tengan en común el mismo punto proyectado en el espacio objeto. Decimos, por tanto, que tanto las dos fóveas, como el otro par de puntos de la figura, son puntos retinianos correspondientes.
Fig. 1.6 Esquema sobre el mantenimiento de la correspondencia retiniana gracias a la semidecusación quiasmática. Los símbolos claros son las dos fóveas, que serían correspondientes o simétricas; los símbolos oscuros son un par de puntos retinianos correspondientes asociados a un punto del campo visual que no es de fijación (T); los símbolos cuadrados representan los centros de rotación de los globos oculares. Nótese cómo las rutas neurales que salen de los símbolos oscuros van a parar a la misma columna del cuerpo geniculado lateral (Reading, 1983).
4. El cerebro debe tener la capacidad de fusionar las imágenes neurales obteniendo una representación única. Es decir, utilizando simbolismo matemático:
En definitiva, que exista alguna función neural/que, partiendo de las dos imágenes retinianas izquierda y derecha, permita crear una sola imagen final que sea el resultado de una superpositión o fusión de las dos imágenes retinianas. Para ejecutar óptimamente este proceso de fusión neural, es mejor que desde lo más temprano posible se agrupen las rutas neurales asociadas a puntos retinianos de ambos ojos que tengan en común el mismo punto objeto. Esto es preferible que sea posible en el mayor campo visual móvil y estacionario común entre ambos ojos.
1.5 Conceptos básicos
Al exponer las condiciones de la visión binocular han aparecido algunos conceptos que cabe matizar para mejorar la comprensión del apartado anterior:
Campo visual monocular (CV): zona del espacio donde son visibles los objetos simultáneamente manteniendo la mirada en un punto. Se puede medir de tres formas:
a) Trans-esclerótica: se observa enucleando el ojo, por detrás de la esclera.
b) Óptica: se calcula por el límite de la pupila de entrada.
c) Retiniana: se mide clínicamente mediante oftalmoscopía.
Campo visual binocular (CVB): lugar del espacio donde se solapan los dos campos visuales monoculares, es decir, CVB = CVI ∩ CVD. Este campo se mide manteniendo la fijación estática en un punto, es decir, sin permitir movimientos oculares o de la cabeza. Tiene una disminución en su zona central debido a la presencia de la nariz.
Campo de fijación binocular (CFB): región del espacio que contiene todos los puntos que pueden ser fijados por los dos ojos en movimiento mientras la cabeza permanece en posición estacionaria. A la vista de la fig. 1.7, tenemos que CFB ⊂CVB, o sea, que el campo de fijación binocular está dentro del campo visual binocular. Por tanto, si comparásemos estos conceptos entre especies, si CVB es grande, CFB también lo puede ser, lo cual implica mejor visión binocular.
Fig. 1.7 Campo de fijación binocular (izquierda) y campo visual binocular (derecha).
1.6 Grados de visión binocular
Partiendo de una clasificación clásica, que posteriormente se matizará según las teorías modernas, tenemos tres grados de visión binocular:
GRADO I: no existe superposición (fusión neural) de las dos imágenes retinianas, lo cual provoca la visión doble o diplopía.
GRADO II: existe fusión neural pero con algún esfuerzo, como por ejemplo, cuando uno se emborracha y pierde parcialmente la visión binocular estable.
GRADO III: existe fusión neural sin esfuerzo, lo que se denota como visión estereoscópica o haplopía, la cual es la que se considera normal en la mayoría de nosotros.
Esto no significa que, por no ser capaces, de momento, de interpretar la imagen oculta tridimensional de un autoestereograma (fig. 1.8), no tengamos el grado III. En principio, si poseemos visión binocular aparentemente normal, somos del tipo III. Pero, ¿cómo entonces no percibimos la figura oculta del autoestereograma? Como veremos a lo largo de este libro, todos somos capaces de ver esta imagen tridimensional oculta, pero para ello solamente es necesario controlar la coordinación motora de ambos ojos, la coordinación sensorial, si es normal, se dará automáticamente.
Fig. 1.8 Ejemplo de autoestereograma de puntos aleatorios. ¿Qué figura matemática en tres dimensiones se oculta en la figura?
