Complexidade Diante dos Olhos II: Visão Binocular

Temos um conceito diante da teoria da evolução de um caminho na direção do aperfeiçoamento. Uma herança antropocêntrica fortemente estabelecida no renascimento onde o conhecimento do universo deve ser centrado no homem e numa oposição ao teocentrismo.

Quando analisamos um órgão ou um sistema; imediatamente essa noção de perfeição final é sempre resgatada.

O sistema visual tema desta série; é um exemplo de complexidade que nos leva a pensar num modelo evolutivo centrado no homem e superior ao de outras espécies. Nada mais do que um viés observacional.

Espécies consideradas “menos” evoluídas possuem outras soluções para a engenharia visual tão eficiente no sentido de promover a captação de informações do meio e em última análise perpetuar a espécie.

Dois grupos de vertebrados1 – aves e mamíferos – adquiriram formas diferentes de cooperação entre os olhos. Uma exceção ocorre em cetáceos que possui uma forma rudimentar aproximada das aves. O que pareceria indicar uma pressão evolutiva na direção da VB.

Qual a vantagem de uma operação simultânea dos olhos para a avaliação do ambiente?

O sistema visual dos portadores de visão binocular realiza a captação das imagens pelos dois olhos e mediante o processo de fusão – uma integração no córtex visual – percebe a imagem como única. É como se tivéssemos um olho – ciclope – no centro da testa.

Para qualquer lado que olharmos do nosso agora reduzido campo visual, percebemos uma única imagem; ao contrario de outro grupo que apresenta a solução seletiva para um campo visual muito maior, como em coelhos. Seria o campo visual maior uma vantagem para a percepção do predador?

A visão binocular proporcionaria uma maior noção de profundidade e assim uma maior discriminação de distâncias a partir do observador.

No entanto, essa mesma percepção pode ser obtida por aqueles que não possuem visão binocular ou olho único; através de outras informações ou pistas; segundo BICAS:

a) interposição de estímulos (os mais próximos “cobrindo” os contornos
e áreas dos mais distantes);
b) tamanhos relativos das imagens (maiores para os de objetos mais
próximos, menores para os dos mais distantes);

c) contornos e brilhos (mais acentuados com a proximidade,
esmaecidos com o distanciamento);
d) zonas de sombras e iluminação (sugerindo relevos e
cavidades);
e) perspectiva aérea (coloração mais azulada para grandes
distâncias, pela interposição de ar entre o observador
e os objetos);
f) perspectiva cinemática (pelo observador em movimento:
objetos mais próximos com deslocamentos aparentes
mais rápidos)2 .

Um outro fator importante para a existência da VB é a necessidade de um perfeito alinhamento dos olhos. Humanos com seu sistema visual maduro (falarei sobre essa maturação noutra oportunidade) possuem baixa tolerância a desalinhamentos dos olhos adquiridos, uma vez que desenvolvem uma desagradável diplopia. O que pode ocorrer no caso de traumas diretos na caixa orbitária; paralisias oculomotoras e doenças que afetam a musculatura ou seu tônus (como a miastenia gravis).

É possível que outros processos levassem a anteriorização dos olhos. Como o alargamento da calota craniana; redução do tamanho das fossas nasais em mamíferos ou mudanças necessárias a dinâmica do vôo nas aves. Essas são especulações de um não especialista em evolução, para o fenômeno.

O estreitamente do campo visual pode ter ocorrido diante de uma necessidade de tornar essa grande quantidade de informações do ambiente de forma subliminar; pois sabemos que boa parte da informação vinda do ambiente chega a periferia do campo visual de forma mais tênue do que a visão central, muito menos discriminativa do que a região foveal.

É tentador imaginar que o mesmo processo de estreitamente do campo visual possa ser até mesmo coordenado por genes e que a expressão anormal dessa informação seja traduzida na forma de doenças onde essas células apresentam um padrão de morte (apoptose) programada anormal; como no glaucoma3

A visão binocular pode ser somente uma resposta a outras necessidades e pressões evolutivas não ocorridas necessariamente no sistema visual, mas uma solução entre diversas que a seleção natural cuidou de moldar.

Referências:

1) PETTIGREW, JD. The Evolution of Binocular Vision. In Visual Neurocience. Sanderson, KJ and Levick WR.Cambridg Univ. Press 1986 page 208;
2) BICAS, HEA. Fisiologia da Visão Binocular.Arq Bras Oftalmol 2004;67:172-80
3)MARIGO,FA, CRONEMBERGER,S, CALIXTO,N.Neuroproteção: situação atual no glaucoma.Arq Bras Oftalmol 2001;64:167-71

Complexidade diante dos olhos.

Há poucos dias uma rotina do consultório, exame e emissão de laudo sobre as competências visuais de um cliente, despertou-me uma série de considerações sobre nossa capacidade de perceber nossas aptidões sensoriais no cotidiano e até que ponto elas nos são úteis.

O cliente em questão era candidato a EPCAR – curso de excelência do ministério de defesa para formação de cadetes – e futuro aviador. Dada às aptidões que um piloto deve possuir, é compreensível o nível de exigência cobrado dos candidatos.

Realizados os testes de praxe; de acuidade visual; passamos por outros que analisamos a saúde e a fisiologia do globo ocular e chegamos aos que determinam o quão harmonioso nossos dois olhos interagem para dos fornecer a Visão Binocular.

A perfeita integração da imagem que chega aos dois olhos deve inicialmente possuir uma qualidade mínima que permita; aos centros corticais que recebem os potenciais de ação gerados nos fotorreceptores da retina; a percepção de uma imagem única.
Imperfeição nos meios por onde a luz passa – córnea; cristalino; humor aquoso; vítreo e retina – podem impedir que a imagem se forme de acordo com o modo que o cérebro aprendeu a perceber a realidade.

Se uma imagem nítida fez parte desse aprendizado; desde os primeiros meses de vida; estimulando simetricamente as células da retina dos dois olhos; gerando vias facilitadoras ao escoamento da informação – sinapses – entre as células da via óptica até seu centro cortical; estas serão o padrão de referência para ativação adequada do sistema.

Em outras palavras – inconscientemente nos recebemos uma imagem nítida de um olho e uma imagem igualmente nítida de outro olho e realização a sobreposição ou interpretação de uma única imagem. Esse fenômeno é chamado de reflexo de fusão.
Espera-se que imperfeições dos meios como as ametropias – hipermetropias, astigmatismo; miopias – estejam adequadamente corrigidas ou compensadas por esforço do seu portador; para que essa integração ocorra.

Outro requisito importante à fusão das imagens e o alinhamento adequado dos olhos para que a imagem do objeto de atenção possa ser a mesma a chegar a ambas as retinas. Se um olho estiver alinhado com o eixo visual e o outro adotar qualquer outra posição que não seja esta, duas imagens diferentes chegarão à retina. Isso provoca, de acordo com o grau de desvio, sintomas desconfortáveis, o principal deles e a percepção de imagens duplicadas - a diplopia.

Isso ocorre porque existe uma correspondência entre grupamentos de fotorreceptores de um olho que funcionam em correspondência espacial com grupamentos de outro olho. Imagens que chegam aos olhos estimulam grupamentos posicionados na mesma região. Depois de estimuladas; ás células fotorreceptoras enviam seus potenciais de ação de forma a representar essa projeção espacial até o córtex occipital área responsável pelo processamento visual e integração com outros centros cognitivos.

Para entender melhor a correspondência retiniana; imagine que sempre que você quisesse telefonar para um amigo ou parente, você estabelecesse certas regras para iniciar a comunicação que lhe permitisse saber exatamente o posicionamento de seu interlocutor, com ambos virados para o sul, sentados em seu quarto no terceiro andar do seu prédio, que fica no mesmo nível do mar; com ambos vestindo vermelho; etc.

Essas informações permitem que as imagens que chegam ao cérebro carreguem não só características de luminosidade; cor; tamanho; mas igualmente seja uma representação posicional do ambiente. Mas ainda, se objetos de movem no campo visual. Isso só é possível diante de uma citoarquitetura hierarquicamente projetada até o cérebro.

Então, antes de voltar ao nosso candidato a piloto, vamos complicar mais um pouco. Imagine que você observa um ponto no espaço. Seus olhos estão alinhados e você o percebe como único. Uma linha imaginária passa por esse ponto e chega a um grupo celular da sua retina. Outra linha liga esse ponto a grupos celulares correspondentes da outra retina. Ambas as linhas se encontram neste ponto, mas devido à separação entre os olhos, essas linhas se cruzarão neste ponto. Na realidade, se nesse momento você olhar para sua sala de estar e não estiver vendo coisas duplicadas e porque para cada ponto que olhas, essas linhas se cruzam.

Você já percebeu que para qualquer ponto que olhar esse ponto único está lá. Agora imagine a união de todos esses pontos formando um plano, na verdade formando uma superfície imaginária tridimensional onde todos os pontos são percebidos como único – esse plano no espaço se chama horóptero.

Uma nuvem de pontos no espaço está ao redor do horóptero e também são percebidos como únicos. Essa região do espaço é chamada de área de Panun, a diferença que essa região fornece a sensação de visão única.

Agora realize o seguinte experimento. Pegue um lápis e estique seu braço de modo que o lápis fique na vertical. Do mesmo modo com a mão esquerda pegue outro lápis e deixe-o a meia distância entre o da mão direita, mas no mesmo eixo de visão e tente sobrepor-los. Você instintivamente tenta fechar um dos olhos. Com os dois olhos abertos você percebera um deles sempre duplo. Essa e a diplopia fisiológica e estimula áreas não correspondes, mas muito próximas.

Esse fenômeno permite a sensação de posição relativa de objetos no espaço através da visão binocular. O experimento acima é um teste grosseiro da capacidade estereoscópica, mas outros mais sofisticados podem avaliar melhor essa função.

É compreensível a cobrança de níveis elevados de integridade visual e harmonia entre os olhos para os futuros aviadores. A diferença entre ter ou não essas habilidades pode ser crucial num momento de crise e na tomada de decisão.

Para saber mais:

1) MOGO, S. Intrdução a Introdução ao estudo da visão binocular - Análise Optométrica Departamento de Física Universidade da Beira Interior. 2007 / 08

Bibliografia:

1) NOORDEN, Gunter K von. Binocular Vision and Ocular Motility - Theory and Management of Strabismus. fifth edition, Mosby, Houston, Texas, 1995

Considerações Importantes

Uma das propostas deste diário, além de uma pretensão de divulgação científica, a compreensão dos fenômenos presenciados pela sociedade com as ferramentas científicas que dispomos traduzidas pela pesquisa de referências que dão sustentação as nossas opiniões.
Um formalismo natural em respeito ao leitor; sem evitar a subjetividade e a impessoalidade que eliminaria por completo minha vontade de escrever.
Faço essas considerações num momento que tento aumentar minhas postagens que se apresentam com um espaço de tempo excesso e alheio a minha vontade.
Esse diário é um passatempo é aqueles que porventura honrarem-me com seu precioso tempo, espero oferecer-lhes informação com segurança e a devida possibilidade de contestação de minhas opiniões.
Agradeço sua visita.

Stephen Hawking; sua cadeira de roda movida a eletricidade e seu sintetizador de voz.

Quando achamos a matemática e a física teórica muito difíceis,
voltamo-nos para o misticismo. Stephem Hawking

Uma das maiores mentes de nossa época no campo da física teórica e cosmologia sofre de uma doença degenerativa que o impede de movimentar quase todos os músculos do corpo; com pouquíssimas exceções para os da face e olhos. A doença é a esclerose lateral amiotrófica, afeta os neurônios responsáveis pelo controle dos músculos e que ainda não possui cura.

Stephen Willian Hawking ocupa a cátedra de professor lucasiano de Matemática da Universidade de Oxford, que já pertenceu a Newton; em seu livro – O universo numa casca de noz – brinca com a forma que ocupa essa cadeira; demonstrando seu grande senso de humor mesmo diante das dificuldades que enfrenta.

Em cosmologia, contribuiu com explicações de como o universo de se expandiu nos primeiros momentos do Big Bang - com a Teoria Inflacionária - proposta pelo físico Alan Guth; bem como o desenvolvimento teórico em torno dos buracos negros e outras propostas estendidas à Teoria das Cordas – a teoria candidata a unificar a mecânica quântica com a teoria geral da relatividade. Todas essas contribuições são resultados do desenvolvimento dos Teoremas da Singularidade, trabalhando junto com Roger Penrose diante de problemas matemáticos surgidos com a relatividade geral e o espaço-tempo.

Em sua extensa agenda; o professor Hawking encontra tempo para divulgação científica; fazendo-o em grande estilo. Já participou de um episódio de Star Treck TNG, onde na forma de um holograma joga poker com Newton ; Einstein e o personagem Data. Autorizou sua participação em desenhos animados. Já gravou sua voz sintetizada com o Pink Floyd – The Division Bell. Neste vídeo; participa de um debate com Carl Sagan e Arthur C. Clark.

A figura do professor Hawking chegou até nos; admiradores da ciência; vinculada ao seu problema físico, certamente o oposto entre os físicos teóricos e cosmologistas, que já conheciam seu trabalho. De certo modo, sua contribuição maior é de tornar acessível uma das áreas do conhecimento que despertam maior interesse por tratar de nossa existência e a origem do universo; com a elegância de traduzir suas formulações e teorias com mesmo desafio que tem para superar sua doença.

Para saber mais:

1 – Site Oficial do Professor Hawking
2 – Associação dos portadores da Doença do Neurônio Motor
3 – De rerum Natura : sobre as natureza das coisas: Excelente blog com um texto que recomendo
4 – Observatório Nacional: Novas teorias sobre o universo. Texto dentro do curso a distância de cosmologia do ON com apoio do CNPq

Agradecimentos:
1- You Tube
2- Wikipedia

Fim de Ano e Calendário Biológico

"Claro que o tempo é algo real, a saber, a forma real da intuição interna" - Immanuel Kant, Crítica da Razão Pura


Estamos numa época do ano; quando quase todos são tomados por reflexões sobre o tempo e com elas a sensação subjetiva de que terminamos um período e começamos outro; de alguma forma parece afetar igualmente corpo. Queixas de fadiga e necessidade de tirar férias; descansar por mais tempo; bem como uma noção de cuidar mais do corpo.

Serão essas queixas uma resposta aos marcos do tempo? Há substratos significativos na natureza, capazes de alterar a regulagem interna para ciclos num “calendário biológico”?

Recordamos que em sua trajetória no espaço ao redor do sol, nosso planeta cumpre uma trajetória elíptica - não tão acentuada como os planetas mais externos como júpiter, saturno e urano - o suficiente para termos dois momentos distintos; chamados de afélio e periélio, segundo as leis de Kepler.

O afélio terrestre ocorre em 4 de julho, quando estamos a 152,1 milhões de quilômetros do sol. Já no próximo dia 5 de janeiro estaremos mais próximo do sol – o periélio – a 147,1 milhões de quilômetros. Um diferença de aproximadamente de cinco milhões de quilômetros. Certamente uma diferença pequena em termos astronômicos para causar influencia na homeostasia dos seres vivos por maiores efeitos da gravidade1. Essa “simetria” orbital certamente contribuiu para presença de vida no planeta diante da estabilidade proporcionada por uma distância quase constante ao redor do sol. Condições extremas, como ocorrem com os planetas externos; não permitiriam a vida da forma como conhecemos.

Uma outra condição que poderia afetar nosso ritmo biológico e a diferença no dia solar de 24 horas. Ocorre variação na duração do dia ao longo do ano. Quando estamos no afélio, a velocidade angular do sol em sua trajetória na eclíptica (circunferência imaginária da trajetória do sol na esfera celeste) é maior, resultando numa variação que pode chegar até 15 minutos. Dias com variações poderiam não ser convenientes para marcar o tempo e por isso os astrônomos adotam o chamado sol médio2, com duração de 24 horas.

Os dias seriam mais curtos nessa época do ano, mas será que o suficiente o bastante para alterar nossos sentidos?

É conhecida a nossa capacidade de regular nosso relógio interno diante de variações como mudanças de fuso horário, por alterações no ritmo de sono/vigília, regulado por sinais externos de claro/escuro; conhecido como ciclo circadiano. O desconforto inicial se dá até o momento em que os hormônios produzidos nos ciclos normais; como o hormônio do crescimento; melatonina e cortisol cumprem seu papel de regular nosso “relógio interno” 3 . Trabalhos realizados em seres humanos em isolamento em cavernas encontraram ciclos de 24,2 a 25 horas. A Cronobiologia é responsável por estudos nessa área.

Certamente encontramos nessa época do ano várias alterações nos marcos do tempo que poderiam afetar nossos afetar nossos calendários e relógios biológicos, mas nossas respostas internas são suficientes para manter-nos em equilíbrio homeostático e é pouco provável que as sensações que percebemos não sejam mais que intuitivas.

Desejo um ano novo de projetos; propósitos e realizações para todos os visitantes do blogue.

Para saber mais:

1 A imponderabilidade e o corpo humano
2 Tempo e Calendário
3 ONTOGÊNESE DO SISTEMA DE TEMPORIZAÇÃO

Reparos num Patrimônio de uma Humanidade em Crise

Reparos num Patrimônio de uma Humanidade em crise.


Esta semana volto a postar; com uma notícia que entusiasma qualquer amante da ciência.

Em meio à loucura que o mundo passa diante da crise dos mercados financeiros; o Nasa Hubble Space Telescope News – noticiou os reparos sofridos no telescópio espacial que o tornaram 90 vezes mais potente. Sua primeira demonstração de sucesso da missão comandada da terra foi o envio de uma foto de um evento celeste ocorrido há 430 anos luz da terra, que aparenta ser resultado da interação de duas galáxias.

Não se trata de mais uma foto espetacular do Hubble. Essa luz captada é o que diria Carl Sagan : "Uma luz na Escuridão."
Quando se imagina que esse órgão do governamental de um país que sua pior crise econômica da história, ainda é capaz de gerir seus programas com perfeição.

A Nasa foi criada na guerra fria e no impulso da corrida espacial frente a URSS e hoje não só mantêm os EUA na dianteira da tecnologia espacial. É um patrimônio da humanidade junto das descobertas de seu mais conhecido telescopio espacial, que nos da esperança na manutenção dos ideais de liberdade do pensamento que caminham ao lado do conhecimento científico.

Os resultados de uma recessão mundial assustam aqueles que dependem de verbas para custear suas pesquisas e os cortes virão em todas as áreas. Entre salvar bancos ou laboratórios de pesquisa da falência qual será a opção dos governos? O atraso ou o futuro?

Acredito que a ciência pode dar uma resposta a essa cultura do medo que atinge seu mais alto grau na história recente. Ou então, o obscurantismo político gerado por outras crises, como a de 1929 e a Segunda Guerra Mundial podem tomar o lugar da razão e da sensatez.


Comemoremos então esse feito. Que o Telescópio Hubble tenha muitos anos de vida e seja um patrimônio da humanidade.

Efeito Doppler e uma História de Superação

Com o titulo – Uma História de Superação – o programa Fantástico, mostrou uma reportagem interessante de um rapaz cego que “enxergava” graças a uma habilidade desenvolvida, após o início de sua doença.
A doença em questão é o retinoblastoma; um raro tumor na retina, parte nervosa dos olhos responsável pela detecção de luz e cores. Ocorre em todas as idades, mas é mais comum na infância e mais raramente afetando os dois olhos; como aconteceu com Ben Underwood. O retinoblastoma afeta 1 em cada 15.000 a 20.000 nascidos vivos e 250 crianças são diagnósticas por ano nos EUA. Representa 3 por cento de todos os cânceres em menores de 15 anos. Está relacionado a uma mutação no gene RB1, localizado no cromossomo 13. Este gen impede o crescimento desordenado das células da retina. Alterações no cromossaoma 13 como deleções de uma parte que contem o gene, muitas delas na região 13q14, resultam na formação de tumores. Mutações do gene RB1 são herdadas de forma autossômica dominante. Se uma pessoa desenvolveu retinoblastoma em ambos os olhos, provavelmente um gen RB1 mutante estará presente em todas as suas células, inclusive óvulos e espermatozóides; podendo transmitir a doença a seus progenitores.
O outro lado da história de Ben demonstra como a natureza encontra às vezes um caminho surpreendente. Suponho que num determinado momento de sua infância de cego, Ben percebeu que quando fazia ruídos com a boca, algo acontecia com o som percebido por seus ouvidos, mais ainda; diferentes tonalidades emitidas podiam ser ouvidas de forma diferente e representavam um padrão. Instintivamente e inconscientemente o som trazia uma informação tridimensional do ambiente.
Johann Christian Andreas Doppler (29 de Novembro de 1803, Salzburgo – 17 de Março de 1853, Veneza), ajudou-nos a entender o que se passa com o rapaz que enxerga o som. Efeito Doppler descoberto pelo físico-matemático vienense, é uma característica das ondas emitidas ou refletidas por um objeto em movimento com relação ao observador. Ele pode ser compreendido pelo efeito sonoro emitido por um corpo em movimento. Ao se aproximar o som é mais agudo e ao se afastar,o som gradativamente vai se tornando mais grave. Alguns mamíferos como os golfinhos, utilizam o efeito para localizar inimigos e presas, no mar chamado de sonar.
Ben pode ter desenvolvido todo um complexo de emissão de ondas ultra-sônicas e percepção cronometrada do retorno do som, capaz de localizar objetos e até mesmo a percepção de formas. Certamente o caso Underwood merece estudos, embora referencias a estes não foram citadas na reportagem. A ecolocalização poderia ser uma alternativa para ajudar a locomoção de cegos e já há pesquisas no tema. É interessante notar que a semelhança dos golfinhos, Ben possui sua região frontal proeminente e pode estar aí a sua câmara de eco. Uma história de superação é uma verdadeira aula de ciência.
Para saber mais:
http://ghr.nlm.nih.gov/condition=retinoblastoma
http://www.biosonar.bris.ac.uk/
http://video.globo.com/Videos/Player/Noticias/0,,GIM820807-7823-UMA+HISTORIA+DE+SUPERACAO,00.html
http://super.abril.com.br/revista/241/materia_revista_241276.shtml?pagina=2
http://www.biosonar.bris.ac.uk/whatis.htm
http://pt.wikipedia.org/wiki/Ecolocaliza%C3%A7%C3%A3o
http://www.retinoblastoma.net/
http://www.inca.gov.br/releases/press_release_view.asp?ID=1128