LAB 3 (2012) - AUDICION &VISION

PRACTICA 5
PERCEPCIÓN SENSORIAL
PRIMERA PARTE : VISIÓN
Los ojos son órganos sensoriales
capaces de transformar energía luminosa
(fotones) en impulsos nerviosos, que puedan
ser interpretados por la corteza visual y
generar la percepción visual.
Dentro de su envoltura protectora, cada
ojo posee: un estrato de células receptores
(fotorreceptores), un sistema de lentes que permiten enfocar la luz sobre esos receptores y
un sistema de nervios que conducen los impulsos generados en estos receptores a otras
estructuras del sistema nervioso central.
La formación de la imagen visual en el ojo obedece a los principios físicos de la
refracción de la luz. Refracción puede ser definida como el cambio en la dirección de
propagación de la luz cuando ésta atraviesa la superficie de separación entre dos medios de
naturaleza diferente. El poder de refracción de una lente depende principalmente de dos
factores: diferencia en la densidad de los medios y el ángulo entre la dirección del haz de luz
y la superficie de la lente. Si la velocidad de propagación de la luz es menor a través del
vidrio en comparación con el aire, se espera entonces que los rayos cambien de dirección al
entrar y salir de una lente, en un ángulo que va a depender de la forma y curvatura de la
lente.
(a)
(b)
distancia focal
distancia focal
Figura 1. Refracción de luz a través de una lente convexa cuando el objeto se encuentra
(a) muy distante de la lente y (b) cuando el objeto está muy cerceno a la lente
En el caso de lentes esféricas convexas (figura 1), los rayos de luz provenientes de objetos
situados a más de 6 metros (rayos paralelos), se concentrarán en un punto llamado foco. La
distancia lente-foco se llama distancia focal (f) y determina el poder de refracción (de
concentración) de la lente. A mayor grado de curvatura de una lente, menor será la distancia
focal, y por ende, mayor el poder de refracción de la lente..
El poder de refracción se mide en dioptrías, las cuales se calculan como el inverso
la distancia focal medida en metros:
D = 1 / f (metros)
(1)
Así por ejemplo, una lente con una distancia focal de 0,5 metros tendrá un poder de
refracción de 2 dioptrías
Existen cuatro estructuras que participan en la
refracción de la luz en su trayecto a través del ojo: la
córnea, el humor acuoso, el cristalino y el humor vítreo.
A medida que la luz pasa por cada una de éstas
estructuras, el cambio en la densidad en cada medio
previo causa un cambio en el ángulo de propagación
de la luz. Al final, se forma una imagen enfocada del
objeto en el epitelio pigmentario, donde al reflejarse es
captada por los fotorreceptores y transmitida su señal
al sistema nervioso central mediante las células
bipolares y ganglionares (moduladas por las
horizontales y amacrinas).
Figura 3. Refracción de
la luz a través del ojo.
Para el funcionamiento eficiente del sistema visual, los
órganos sensoriales (ojos) deben ser capaces de
proyectar en la fóvea (región de la mácula donde se
encuentra la mayor concentración de conos) una
imagen enfocada tanto de objetos cercanos como
aquellos localizados en el infinito (lejanos).
# conos y bastones/mm2(x1000)
Existen básicamente dos tipos de fotorreceptores en la retina: los conos y los bastones.
Cada uno de ellos presenta características estructurales y de funcionamiento diferente a las
del otro, esto hace que existan en la retina zonas especializadas en ciertas tareas o que
presentan determinado tipo de respuestas de acuerdo a la predominancia de los conos o los
bastones. Los conos son de menor diámetro que los bastones y abundan en la fóvea,
siendo escasos en la periferia. Los conos responden en condiciones de visión diurna y son
sensibles al color. Por otra parte, los bastones presentan una mayor sensibilidad a la luz y
responden en condiciones de visión
nocturna. En el centro de la retina hay
punto ciego
una zona de 0'5 a 0'6 mm de diámetro
(aproximadamente 1º) que está libre de
bastones
bastones. Éstos están distribuidos por la
extrafóvea, encontrándose la máxima
concentración a 20º del centro de la
fóvea. Los bastones son ciegos al color, y
proporcionan una agudeza visual baja.
conos
La distribución de fotorreceptores en la
retina da lugar, como se ha dicho
anteriormente,
a
las
distintas
Angulo de retina (deg)
características que presenta la visión
central (o foveal) respecto a la visión
periférica (o extrafoveal). La visión central se caracteriza por una buena agudeza visual
(medida de la capacidad para detectar, reconocer o resolver detalles espaciales), baja
sensibilidad a la luz y detectar colores. La visión periférica, por el contrario, presenta una
mayor sensibilidad a la luz, una baja agudeza visual y una ausencia de visión de colores;
siendo en cambio muy sensible al parpadeo y al movimiento.
Para cuantificar la agudeza visual en un sujeto experimental, se le presentan al observador,
a una distancia fija y buen nivel de iluminación, varios tests, denominados optotipos (Snellen,
Wecker,Landolt, etc) que presentan alto contraste y distintos tamaños. El tamaño del test
más pequeño que el observador es capaz de detectar, o reconocer (depende de la tarea
asignada al sujeto) se toma como valor umbral, Este valor umbral se expresa en minutos de
arco, en lugar de dar el tamaño lineal, para que éste valor sea independiente de la distancia.
OBJETIVOS
1. Conocer la anatomía básica del ojo en vertebrados y reconocer las estructuras
macroscópicas que lo componen para relacionar estructura función
2. Realizar una prueba sencilla de agudeza visual con el perímetro de arco para
relacionarlo con la organización de la retina.
MATERIALES





Equipo de disección
Solución salina
Modelo de ojo de vertebrado
Perímetro de arco
Anillos de Landolt de distintos tamaños
PROCEDIMIENTOS
1.- ANATOMÍA DEL OJO
1. Identifique estas estructuras en una preparación de ojo de vertebrado.
Para la disección del ojo utilice guantes y mantenga el área de trabajo bien limpia:
a)
Observe la preparación del ojo. Note que está rodeada de tejido graso y muscular,
excepto en la región de la ___________
¿Cuál es la función del tejido muscular y graso?
b)
Busque entre el tejido graso y muscular y localice el nervio óptico. Utilizando pinzas y
tijeras, elimine el tejido muscular y graso alrededor del ojo. Ahora, observe con
detenimiento el nervio óptico. Describa sus características
c)
Una vez limpia la preparación, identifique la túnica fibrosa y la esclera
¿Cuál es la función de la esclera
d)
Con la punta del escalpelo o de las tijeras hacer suavemente una
pequeña incisión en el borde de la córnea (ver figura). Es
necesario hacer la incisión con cuidado pero insistentemente,
dado que la córnea tiene de 2 a 3 mm de grosor.
Se nota que se ha calado la córnea por la salida del
______________________
e)
Continúe cortando alrededor de la cornea (incisión ecuatorial)
hasta desprender completamente toda la córnea. Colóquela en la bandeja.
Identifique las estructuras que observa en la porción restante del ojo.
f)
Con las pinzas gruesas, desprenda el iris tirando suavemente y póngala en la bandeja.
Eliminado el iris veremos una estructura brillante de forma esférica de la cara anterior del
cristalino.Presione el ojo suavemente, de manera vaya saliendo el cristalino
Trate de identificar los cuerpos ciliares, una estructura muscular oscura en los puntos de
inserción del cristalino.
¿Cuál es la función de los cuerpos ciliares?
g)
Si continua presionando va a salir un líquido gelatinoso, que se
denomina:_______________
¿Cuál es la función de éste líquido gelatinoso
h)
Una vez que el glóbulo ocular ha quedado vaciado de su interior identifique una capa
de tejido pigmentario denominado ___________________ y una zona de reflejos
irisados conocida como ________________.
¿Cuál es su función?
i)
Finalmente, al colocar el ojo en la bandeja, se puede observar la estructura delicada
de la retina, que la veremos suspendida del punto ciego.
2.- AGUDEZA VISUAL EN LA RETINA HUMANA.
Agudeza visual se define como la distancia mínima entre dos puntos, que la vista puede
detectar como puntos separados (distancia mínima separable). Esta distancia mínima
depende obviamente de la distancia a la que se encuentren los dos puntos examinados.
Cuanto más lejos estén, mayor será la distancia mínima separable. A distancia de lectura, el
ojo humano consigue distinguir fácilmente dos puntos separados por 1 mm, pero si miro a 1
km de distancia, el mínimo separable podría ser de casi 1 metro. Por esta razón es mejor
usar como medida del mínimo separable, no la distancia sino el ángulo comprendido entre
los dos puntos todavía separables y el ojo, ya que este ángulo no depende de la distancia.
Matemáticamente, la agudeza visual se relaciona inversamente con el ángulo mínimo
expresado en minutos de arco. Si los dos puntos que logro distinguir forman con el ojo un
ángulo de 2 minutos de arco, la agudeza visual se define como de 0,5. Clínicamente se
considera una agudeza visual de 1 (ángulo 1 minuto de arco) como normal (visión 20/20),
pero muchas personas sobrepasan este valor.
La agudeza visual no es la misma en cualquier parte de la retina. Tiene su máximo en la
fóvea central o mácula y disminuye rápidamente hacia las zonas periféricas de la retina,
como podemos observar fácilmente concentrando nuestra atención (pero no la vista!) sobre
la periferia de nuestro campo visual.
PROCEDIMIENTO.
A.- DETERMINACIÓN DEL PUNTO CIEGO:
Para éste experimento, utilice la lámina que está al final de ésta práctica
(a) Cerrando el ojo derecho, coloque la hoja con la cruz negra y el punto a unos 50 cm de
su ojo izquierdo. Ubique la cruz exactamente enfrente de su ojo y el punto hacia el lado
lateral.
(b) Con la mirada fija en la cruz y manteniendo su ojo derecho cerrado, acerque lentamente
el papel hasta colocarlo a unos 10cm del ojo.
(c) A cierta distancia en el proceso de acercamiento, desaparece el punto, porque su
imagen cae en el punto ciego del ojo, el círculo negro debe reaparecer al continuar la
maniobra de acercamiento.
(d) Repita el procedimiento, esta vez utilizando el ojo derecho y la lámina de referencia.
 ¿A qué estructura del ojo corresponde el punto ciego?

¿Por qué desaparece y reaparece el punto negro?
B.- AGUDEZA VISUAL
En esta serie de experimentos, el sujeto tratará de distinguir la orientación correcta de la
hendidura (arriba, abajo, izquierda, derecha) de un anillo de Landolt de un tamaño particular.
Si el sujeto acierta, se puede inferir que el ancho de la hendidura determina el ángulo mínimo
separable.
(a)
El sujeto experimental se tapa uno de los ojos y se coloca con el ojo descubierto
exactamente en el centro del perímetro. Debe concentrarse en fijar todo el tiempo
exactamente el punto central del perímetro sin desviar la vista.
(b)
Mediante una varilla, un ayudante le va presentando los anillos de Landolt de
diferentes tamaños y con orientación cambiante, moviéndolos lentamente desde la
periferia hacia el centro, hasta que el sujeto experimental, sin desviar la vista, pueda
indicar hacia dónde está orientada la hendidura del anillo de Landolt (arriba, abajo,
izquierda, derecha).
(c)
Se presentarán los anillos a lo largo de los dos cuadrantes horizontales, anotando para
cada tamaño, el punto en el cual el sujeto identifica la orientación correcta del anillo de
la hendidura del anillo de Landolt.
0 10 20
30
70
80
90
Figura 5. Medición de la agudeza visual en el perímetro horizontal.
El ángulo α corresponde a la desviación angular de la fóvea central, el ángulo β
corresponde al ángulo de agudeza visual.
(d)
Conociendo el ancho de las hendiduras de Landolt (a) y la distancia ojo-perímetro (b),
calculen para cada anillo utilizado, el ángulo de apertura correspondiente (), que
representa el ángulo mínimo de separación, de la siguiente manera:

Sen  = a / b
arcsen de a / b
1 min de arco = 1 / 60 de un grado
 (en grados) * 60 = minuto de arco
(e)
La agudeza visual es el inverso del ángulo  en minutos de arco:
AV = 1 / 
(f)
Repita el procedimiento utilizando los círculos de colores
ANALISIS
1. Con estos datos, construya un gráfico de la agudeza visual del ojo sobre el plano
horizontal de la retina. El punto cero de la abscisa representa a la fóvea central. Marquen
a ambos lados de la abscisa las desviaciones angulares de los dos cuadrantes
horizontales desde 0 a 100 grados. Marquen sobre el eje vertical los ángulos mínimos
separados o la agudeza visual correspondiente.
2. Determinen la posición del punto ciego del ojo y márquenla sobre el diagrama.
3. Determinen también sobre el eje horizontal el perímetro visual para objetos negros y
objetos de color azul, rojo y verde. Marquen estos valores sobre el diagrama.
4. Discutan su diagrama en relación con la distribución de los receptores y de las células
ganglionares en la retina.
Qué relación hay entre los campos receptivos ganglionares y la agudeza visual?
¿Que distancia mínima entre receptores retinales (conos) corresponde la agudeza visual
de 1? ¿Cómo funciona el mecanismo de inhibición lateral y para qué sirve? Por qué el
perímetro visual es más reducido para objetos de colores que para objetos negros? Cómo
explican Uds. que el perímetro visual sea diferente para los diversos colores?
5. Qué influencia tendrá la intensidad de la luz sobre la agudeza visual y por qué razón?
Será mejor con mucha luz o con poca luz?
SEGUNDA PARTE: AUDICION
Un objeto vibrando en el aire genera una secuencia de movimientos de compresión y
descompresión de las partículas en el aire, que se transmite a una velocidad característica
hacia un observador. Las ondas de sonido, a diferencia de la luz, no pueden viajar en el
vacío, sino que requieren de un medio (gaseoso, líquido o sólido) para ser transmitidas.
El oído es una estructura especializada para recibir las vibraciones de partículas en el
aire. Las ondas sonoras que llegan al oído viajan por el conducto auditivo externo hasta
llegar al tímpano, donde mueven la membrana hacia adentro y hacia afuera. Este
movimiento es transmitido por la cadena mecánica de huesecillos hasta la ventana oval,
donde pone en movimiento el líquido contenido en el caracol, el cual da lugar a fenómenos
de resonancia. De ésta manera, se estimulan las células ciliadas de los receptores del
órgano de Corti y transforman las oscilaciones del líquido en impulsos nerviosos que son
transmitidos al cerebro.
Una de las propiedades más impresionantes de la audición humana y de vertebrados
en general, es la discriminación de frecuencias. Se realiza en la membrana basilar en virtud
del alargamiento de la cóclea, que alcanza su máxima dimensión en los mamíferos.
En el ser humano el oído logra percibir frecuencias entre 20 ciclos/s o Hertz (Hz) (tonos
muy bajos) y 20000 ciclos/s (tonos muy agudos). Con la edad, sin embargo, disminuye la
percepción de frecuencias altas en el humano.
El umbral de audición no es el mismo en todo el rango audible. La mejor audición la
tenemos en el rango entre 2000 y 3000 Hz, lo que corresponde aproximadamente al rango
de la voz humana. En este rango se logra también la mejor discriminación de frecuencias en
el oído. Personas entrenadas (músicos) logran distinguir 0,3% de la frecuencia en un tono de
1000 Hz, es decir, los tonos correspondientes a 1000 y 1003 Hz.
El movimiento relativo entre las células ciliadas y el líquido del caracol producen la
percepción de sonido. También se pueden estimular las células ciliadas por vibraciones
de las paredes óseas del caracol. Por ejemplo: las vibraciones de un diapasón pueden
transmitirse por los huesos del cráneo y estimular las células ciliadas, produciendo la
sensación de sonido sin que intervengan el tímpano ni los huesecillos. Evento que ocurre
en muchos reptiles.
OBJETIVOS
1)
Analizar la capacidad humana de discriminar entre frecuencias.
2)
Realizar una curva de análisis de los umbrales de audición para diversas frecuencias
o audiometría.
3)
Evaluar la forma en que se da la localización espacial de los sonidos en el ser
humano.
MATERIALES
Un generador de tonos con frecuencia e intensidad calibradas en el rango de 20 a 20000 Hz
con salida para audífonos.
Audífonos.
Un tubo de hule de 2.5 m de largo, cuyos extremos puedan introducirse en los oídos de una
persona con ayuda de un estetoscopio.
Un marcador de tinta, un lápiz, tiza, una regla grande circular con división en grados, una
venda para ojos, 2 objetos pequeños metálicos (llaves).
PROCEDIMIENTOS
I. - Discriminación de frecuencias en la audición humana.
1. Generador de Frecuencias.
Este programa puede generar sonidos con distintas frecuencias entre 20 y 20.000 Hz,
lo que corresponde al margen de audición humana. Los sonidos pueden generarse por
separado en dos canales, o sea en estéreo, oído derecho y oído izquierdo.
Además de la FRECUENCIA, el aparato permite también varía la INTENSIDAD del
sonido producido, desde un nivel máximo (0 dB) hasta una atenuación de – 100 dB, lo
que equivale a reducir 100.000 veces la intensidad máxima.
Defina brevemente decibel:
(a) Genere con intensidad de – 5 dB un sonido de frecuencia sonora entre 20 y 20.000
ciclos y compruebe con el osciloscopio anexo la amplitud y el período de la onda.
(b) Sin cambiar la frecuencia, reduzca ahora la intensidad exactamente a – 25 dB y
compruebe cuál ha sido la reducción en la intensidad de la onda sonora. Coincide lo
observado con la definición de dB?
(c) Observe con el osciloscopio ondas sonoras de forma diferente, pero de la misma
frecuencia: sinusoidal, triangular y cuadradas.

¿Por qué suenan diferente? Compare su composición espectral de frecuencias.

¿Por qué podemos distinguir el sonido de diversos instrumentos musicales o voces
humanas, aunque toquen o canten la misma nota?

¿A qué se llama el timbre de un instrumento musical?
2. Medición de umbrales de audición para diversas frecuencias.
En la primera parte se medirá el umbral de audición para uno o los dos oídos en
dependencia de la frecuencia, determinando así mismo el rango audible de la persona
experimental.
(a) La persona experimental se coloca de espaldas a la computadora, mientras el
compañero le ofrece tonos puros (sinusoidales) de intensidad decreciente hasta que
el sujeto ya no los pueda oír.
(b) Al llegar al límite haga un test de control, sin cambiar la frecuencia, aumente un poco
la amplitud del sonido y disminúyala de nuevo, para asegurarse de que la persona
experimental oye realmente el tono.
(c) Anote ahora el rango de intensidad que indica el generador en dB, examinando las
siguientes frecuencias:
10, 40, 60, 100, 200, 400, 800, 1600, 2000, 4000, 6000, 8000, 10000, 12000, 14000,
16000, 18000, 20000.
Grafique los resultados sobre papel semilogarítmico. Compare con curvas de
audición normales en humanos.
3. Localización espacial de los sonidos en el hombre
El sentido de la audición dispone de mecanismos eficaces para localizar la
dirección de la que proviene un sonido. En muchos depredadores nocturnos (gatos,
lechuzas, búhos, etc.) y en algunos animales que utilizan orientación por eco
(murciélagos y delfines) esta capacidad está muy bien desarrollada sobrepasando la
discriminación auditiva en el hombre.
El procesamiento sensorial auditivo utiliza varios mecanismos para determinar la
dirección del sonido: por discriminación temporal, discriminación de intensidades y
discriminación de frecuencias. Hay indicios experimentales de que los 3 mecanismos
mencionados son utilizados por el procesado sensorial en las vías auditivas para
obtener una localización exacta. La importancia de un mecanismo sobre otro depende
de la frecuencia del sonido que está siendo escuchado, sin embargo, el mecanismo de
discriminación temporal parece ser uno de los más importantes.
El siguiente experimento tiene como objeto determinar de forma aproximada la
mínima diferencia de tiempo que el cerebro consigue detectar en los sonidos que
arriban a ambos oídos. Con este dato se podrá calcular el ángulo mínimo de
discriminación angular auditiva en el humano.
(a) El sujeto experimental, con los ojos bien vendados, se coloca los tapones
auriculares de un estetoscopio en cada oreja, unidos a una manguera de hule de
unos 2.5 m de longitud.
(b) Se coloca el tubo de hule detrás de la persona, lo más simétricamente posible
sobre una mesa.
(c) Se golpea de forma aleatoria, con un lápiz, regla o tijera, el tubo de hule, sobre las
marcas ubicadas en su longitud, preguntando al sujeto si oyó el ruido a la
derecha, a la izquierda o si no pudo distinguir su ubicación exacta.
Se golpearán de forma aleatoria todas las marcas y cada una de ellas 10 veces.
Las respuestas del sujeto experimental se anotarán directamente en un sistema
de coordenadas con las 20 marcas de la derecha en la abscisa positiva y las 20
de la izquierda en la abscisa negativa. A la respuesta “derecha” se le asigna un
valor +1, a la respuesta “izquierda” un valor negativo –1 y a la respuesta “no sé”
un valor 0. Sobre cada uno de los puntos de la abscisa se anotará el promedio de
los aciertos, la suma de los aciertos entre las 10 pruebas.
(d) Haga un gráfico con la distancia sobre la manguera como abscisa y el promedio
de “aciertos” como ordenada. Obtendrá una distribución de puntos en forma de “S”
entre los límites -10 (100% de aciertos a la izquierda) y +10 (100% de aciertos a la
derecha). Esta distribución corresponde a la función matemática tanh (tangente
hiperbólica):
ebx  e  bx
y  a  bx  bx  c
e e
, donde a, b y c son constantes.
(e) Use un programa estadístico para encontrar la función tanh de mejor ajuste con el
método de regresión no linear.
Si han usado 10 golpes en cada punto de la manguera, entonces la constante a = 10
y el programa sólo tendrá que calcular los valores para las constantes b y c.
(f) Una vez encontrada la función calcule los valores de x para un 75% de aciertos
tanto del lado derecho como del lado izquierdo, así como el punto en que la curva
cruza la abscisa. Ahora podrá determinar por diferencia las dos distancias
mínimas discriminadas, tanto del lado derecho como del lado izquierdo. Se
considera como distancia mínima discriminada aquella entre el centro subjetivo
(0% de discriminación) y los puntos a ambos lados que indiquen al menos un 75%
de discriminación exitosa.
La diferencia de tiempo todavía percibida por el oído equivale al tiempo que
necesita el sonido para recorrer esta distancia.
s ( distancia minima (0  75%)
t ( tiempo minimo discriminado) 
Velocidad del sonido
(g) Conociendo t y sabiendo la distancia media entre los dos tímpanos en el
hombre (21 cm) puede calcularse la desviación angular mínima de la línea
media que todavía podrá discriminarse y compararla con valores obtenidos
en algunos animales
Perro 1,5 grados
Gato
48 minutos
Hombre 3 grados (tiempo mínimo discriminado 0,00003 segundos)

Es probable que en algún sujeto experimental el centro subjetivo de la manguera
(donde hay 100% de probabilidad de “no saber”), no coincide con el centro
objetivo. ¿A qué se puede deber esto?

De los 3 procedimientos que utiliza el cerebro para localizar el sonido (ver
Introducción) ¿cuál o cuáles se están usando en este laboratorio?
LAMINA PARA PUNTO CIEGO