I.- Óptica de Fotorreceptores II.
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I.- Óptica de Fotorreceptores II.- Óptica Adaptativa Clase del 1 de junio de 2010 Prof. Maria L. Calvo I.- Óptica de fotorreceptores • Estudia el comportamiento de los conos y bastones de la retina como guías de onda ópticas. • Estas guías de onda biológicas tienen la capacidad de confinar la luz de una forma eficiente. • Se caracterizan por ser guías de onda absorbentes e inhomogéneas con una geometría particular. Estructura de la retina Anatomía de los bastones y los conos Segmento externo (OS: outer segment) – Compuesto por discos o estructuras de membranas biológicas. – Un total de 1000 discos – Contiene pigmentos visuales • rodopsina - bastones • iodopsina - conos – Está embebido en la capa pigmentaria de la retina Bastones • Más numerosos que los conos, 130 milliones/retina • Detectan la presencia (o ausencia) de fotones con independencia de la longitud de onda de emisión. Dando lugar a mecanismos para: • Visión nocturna y visión periférica – Percepción de los niveles de grises • Molécula: Rodopsina ------> escotopsina + retinal – Retinal: es un derivado de la vitamina A – Se necesitan del orden de 5 minutos para regenerar el 50% de la rodopsina blanqueada en los bastones. – La estimulación de un bastón es casi instantánea en la recepción de fotones. Fotorrecepción - Conos • Visión de color • 6,5 millones de conos en la retina • La fotoquímica de los conos tiene casi las misma composición química que la rodopsina de los bastones. • Proteina: fotopsina – iodopsina ------> fotopsina + retinal – Tiempo: 90 s. para regenar el 50% de iodopsina en los conos • 3 tipos diferentes de fotoquímicos: – Red (erythrolobe)- 74% - 558 nm – Green (chlorolobe)- 10% - 531 nm – Blue (cyanolobe)- 16% - 420 nm JW 1 deg nasal AN 1 deg nasal JW 1 deg temporal 5 arc min macaque 1.4 deg nasal Estructura de un fotorreceptor Antecedentes históricos En 1958 Jay M. Enoch descubrió el comportamiento de los fotorreceptores de la retina como guías de onda óptica. La radiación óptica se confina en los conos y los bastones cuando incide sobre la apertura de entrada. Resultado fundamental: Observación de la estructura de los modos confinados. Estudio en muestras de retina de salamandra. Algunas características fundamentales: fundamentales * Los fotorreceptores son células biológicas altamente modificadas. Son responsables de una parte del mecanismo de procesado de la información visual: óptico + electro-óptico. Confinamiento de modos En la luz dispersada contribuyen la suma de modos transversales confinados y el scattering por la guía. Observación de los modos en una muestra de retina de salamandra Efecto Stiles-Crawford (1933) Un observador presenta diferente sensibilidad hacia la luz dependiendo del punto por el que el haz luminoso entra en la pupila del ojo. Se muestra la variación del logaritmo de la luminancia relativa en función de la localización espacial en la pupila de un observador sin patologías (V. Lakshminarayanan, 1986). • Consecuencia: Los fotorreceptores de la retina se comportan como centros de scattering. Sensitividad espectral de los fotorreceptores Estimulación del Fotopigmento Photoisomerization Transducción Hiperpolarización de los bastones Mecanismo de generación de respuesta del fotorreceptor: A: Invertebrados Se produce una despolarización en el mecanismo de transducción B. Vertebrados: Se produce una hiperpolarización II.- Óptica Adaptativa • Proporciona un procedimiento óptico para manipular la geometría y fase del frente de aberración generado en un sistema óptico. • Esta manipulación altera la información de la fase de forma particular compensando la aberración del sistema. Aberrómetro: Técnicas del manipulación óptica del frente de ondas Interferómetro de HartmannShack Aberrómetro Tscherning Skiascopio diferencial Trazado de rayos Fundamentos Fundamentos: Hartmann Shack Sensor de frente de ondas Hartmann-Shark Referencia: Thibos, Journal of Refractive Surgery, 16, S563-S565, 2000 Sensor de frente de onda Hartmann-Shark Referencia: Thibos, Journal of Refractive Surgery, 16, S563-S565, 2000 Sensor de frente de onda Hartmann-Shack H/S Photo of patient with tight eye lid courtesy David Williams Aplicaciones La corrección de aberraciones mejora la calidad de la imagen retineana For more information on this technology, link to www.cvs.rochester.edu/williamslab vision.berkeley.edu/roordalab Corrección de aberraciones con óptica adaptativa Los fotorreceptores se hacen visibles Referencia: Roorda Journal of Refractive Surgery Volume 16 S602-S607 2000 Corrección de aberraciones con óptica adaptativa Los fotorreceptores de hacen visibles J Neurosci, Oct 2005 Corrección de aberraciones con óptica adaptativa Hofer, H. et al. J. Neurosci. 2005;25:9669-9679 Corrección de las aberraciones con óptica adaptativa http://vision.berkeley.edu/roordalab/ Aberrómetro de Tscherning Método de trazado de rayos Ray Tracing Objective lens Input Beam Retina Position sensitive detector Eye optics Trazado de rayos Lente ocular Retina Óptica del ojo Posición del detector Trazado de rayos Lente ocular Retina Óptica del ojo Posición del detector Trazado de rayos Lente ocular Retina Òptica del ojo Posición del detector Trazado de rayos Lente ocular Retina Óptica del ojo Posición del detector Trazado de rayos Lente ocular Retina Óptica del ojo Posición del detector Trazado de rayos Lente ocular Retina Óptica del ojo Posición del detector Conclusiones: • El sistema visual humano realiza operaciones de procesamiento, empaquetamiento, binarización, muestreado e interpolación no lineal de señales. Se definen operaciones multicanales de procesado. • Las operaciones visuales están altamente funcionarizadas. • Cada ojo humano presenta una respuesta particular a los estímulos visuales. • La cuantificación de la calidad de la imagen requiere la consideración de funciones características: MTF, CSF, OTF, PSF, LSF así como métodos optimizados para su obtención experimental. • Hay que considerar mediante el análisis de Fourier y la teoría de la difracción los límites que presenta la calidad la imagen retiniana. • Las nuevas tecnologías (óptica adaptativa) permiten una mejora en la calida de la imagen retiniana. Aspectos actualmente en desarrollo e investigación.
