Se mueve (nuestro cristalino)

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Foto: Laitr Keiows (CC)

Foto: Laitr Keiows (CC)

En mis entradas anteriores les hablé de asuntos relativos a la ciencia, pero de los aspectos más sociales. Aquí me voy a meter en harina sobre ciencia hecha por nosotros. Les voy contar un estudio que acabamos de publicar en la revista PLOS One. Se trata del tipo de experimentos que más me gustan, simples, pero que proporcionan suficiente información para entender un problema. Esta entrada, en sí misma, es también un experimento pues me da la posibilidad de poner a disposición de los lectores interesados, pero no especialistas, la información sobre uno de mis trabajos científicos al mismo tiempo que se publica para los profesionales de la ciencia.

Nuestro sistema visual es maravilloso cuando funciona correctamente. Está equipado con múltiples mecanismos que lo hacen robusto a cambios y le permiten operar bajo condiciones muy extremas. Desde pleno sol a la casi total oscuridad, percibir detalles o ligeros movimientos en los laterales del campo visual; el sistema visual es increíblemente superior a cualquier sistema de visión artificial. Y una de las causas que lo hacen posible es su comportamiento dinámico. El ojo se mueve continuamente para colocar nuestra fóvea, la zona central de la retina que nos proporciona la visión de detalles, sobre los objetos que requieren nuestra atención. Estos movimientos oculares se denominan sacádicos. Se trata de una danza continua y sin descanso.

Les voy a proponer un pequeño juego para que lo constaten por ustedes mismos. ¡Háganse una película selfie de sus ojos! Con la cámara delantera de su teléfono colocado a unos quince centímetros y enfocando a sus dos ojos, tómese un vídeo de unos segundos mientras va cambiando la dirección de su mirada de un ojo a otro. Y luego, véalo. Impresiona, especialmente si piensa que de media realizamos más de sesenta mil movimientos sacádicos como estos al día. Y aún más al saber que tras cada movimiento nuestra visión queda suprimida durante un breve período de tiempo (unos cincuenta milisegundos) en el cual nos quedamos prácticamente a ciegas, por un mecanismo que se denomina «supresión sacádica». Si sumáramos la duración de todas estas supresiones sacádicas, podríamos decir que pasamos alrededor de una hora al día sin ver, y sin percatarnos de ello. Es posible que por nuestra visión dinámica paguemos el precio de todos estos momentos inconscientes de microceguera.

Mi principal interés científico es entender mejor el papel que juega el ojo en el sistema visual. Desde el punto de vista óptico, el ojo es un sistema extremadamente simple: solo tiene dos lentes, la córnea y el cristalino, que de manera combinada forman las imágenes del mundo en la retina. Como comparación, un objetivo fotográfico puede tener más de una docena de lentes. El cristalino está suspendido en los medios oculares por el músculo ciliar, lo que le permite cambiar de forma y enfocar objetos a distintas distancias. Por supuesto, esto sucede siempre que usted sea lo suficientemente joven, antes de alcanzar la edad de la presbicia. Por simple inercia, tras cada movimiento del ojo para cambiar la dirección de mirada, el cristalino debería moverse dentro del ojo. El impacto de estos movimientos sería un emborronamiento de las imágenes en la retina, y por lo tanto de nuestra visión.

Naturalmente, esa no es su experiencia. No se tiene la sensación de que la lente dentro del ojo se mueva cada vez que cambiamos la dirección de mirada. Para explorar este asunto, junto con Juan Tabernero, post-doc en mi laboratorio, construimos un sencillo instrumento para registrar los movimientos del cristalino durante y después de los movimientos sacádicos. Un par de luces oscilantes sirven para cambiar la dirección de mirada del sujeto mientras que una cámara ultrarrápida, operando a cuatrocientas imágenes por segundo, registra las imágenes de una fuente de luz infrarroja con forma semicircular  tras reflejarse en las diversas superficies de las lentes del ojo. Estas imágenes, que llevan el nombre de un científico del siglo XIX, Jan Evangelista Purkinje, proporcionan información de la forma y posición relativa de la córnea y el cristalino. Mediante el análisis de secuencias de estas imágenes observamos que, tras un movimiento sacádico, el cristalino se balancea como un sistema de masa y resorte amortiguado hasta que recupera la estabilidad.

Y como nada mejor que ver para creer… aquí tienen un vídeo de ejemplo. El semicírculo más brillante con un punto azul en su centro es el reflejo en la córnea (que podemos tomar como referencia). El semicírculo invertido y punteado de menor tamaño, con un punto verde en su centro, es el reflejo en la segunda cara del cristalino. Tras un movimiento sacádico vertical, noten cómo oscila el punto verde… ¡Es un oscilador armónico amortiguado como el que aparece en los libros de texto!:

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Ya estarán pensando que estas oscilaciones deben tener alguna consecuencia. También nosotros. Así que utilizamos técnicas conocidas como trazado de rayos numérico para mostrar que el movimiento del cristalino emborrona notoriamente las imágenes que el ojo forma en la retina, especialmente en los tiempos breves (~ 50 ms) que siguen al movimiento sacádico del ojo.

La figura muestra cómo se mueve una letra «C» sobre la retina tras un movimiento sacádico debido a las oscilaciones del cristalino. El fondo es una imagen de los receptores para poner de manifiesto la gran degradación que sufre la imagen por el movimiento. Piensen que en la fóvea vemos detalles del orden del tamaño de un solo fotoreceptor.

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Nuestro cristalino oscila después de cada movimiento ocular emborronando durante unas décimas de segundo las imágenes en la retina, pero no lo percibimos gracias a que al mismo tiempo se produce un «apagón» en nuestro sistema visual que dura un tiempo similar a ese vaivén del cristalino. Esa microceguera transitoria, que se denomina científicamente supresión sacádica, evita que veamos imágenes distorsionadas cada vez que fijamos la vista en un punto.

Las razones neurológicas de la supresión de visión postsacádica no están claras. Lo que nosotros hemos encontrado es que esa interrupción de la vista tras cada movimiento ocular y las oscilaciones del cristalino muestran unos patrones de tiempo similar, por lo que podrían estar de alguna forma sincronizadas. Dicho de otra forma, nuestros resultados pueden sugerir que nuestro sistema visual desarrolló una estrategia de protección contra la degradación de la imagen retiniana durante los movimientos oculares en la que se priorizó la «microceguera» temporal impuesta por el cerebro a una visión con fenómenos anómalos por los emborronamientos que pudiera resultar confusa y molesta.

Pero debo advertir que esto es una especulación. Pueden ser, o no, asuntos relacionados y ya estamos pensando en nuevos experimentos que combinen los registros de las oscilaciones del cristalino con test visuales simultáneos en escalas de tiempos muy breves.

En mi afán personal por «coleccionar» mecanismos de compensación que operan en el sistema visual (en otra ocasión les hablaré de esta afición), aquí tenemos uno más. Si el cristalino estuviera «anclado» al ojo, el mecanismo de enfoque a objetos cercanos se vería comprometido. Al no estarlo, oscila y necesariamente emborrona las imágenes, pero en unos rangos de tiempos en los que el sistema visual se «desconecta». De manera, que… ¡todo en orden!

¿Esto es ciencia básica o aplicada? Típica pregunta que siempre nos suelen hacer. En realidad, muchos quieren probablemente decir si esto es un mero divertimento o puede resultar útil. Y como siempre, ambas cosas son ciertas. Si no hay divertimento y placer por entender algo, ¡vaya aburrimiento! Pero además, normalmente entender algo mejor supone resolver algún problema, quizá no hoy, pero sí mañana. Y lo cierto es que en nuestro caso, tuvimos presentes las aplicaciones antes. Nuestro instrumento tiene diversas aplicaciones clínicas para mejorar el diagnóstico precoz y el seguimiento de patologías que afectan al cristalino, como el síndrome de Marfan. Curioso, divertido e incluso útil.

10 comentarios

  • ¡Interesantísimo! Enhorabuena…

  • Gracias por el post. Me ha encantado, espero que escribas más

  • La cosa pinta bien, lo que pasa es que aquí estamos cinco y ninguno ha entendido ni jota. ¡Otra vez será!

    • Vaya, lo siento. Como decia en el texto, esto es un “experimento”. Sin duda, vuestro comentario me ayuda a refinar los proximos para hacerlos mas inteligibles!
      Un saludo.

      • No creo que sea culpa tuya, más bien se deberá a deficiencias nuestras. Cada un@ llega hasta donde puede, aunque tú, piadosamente, has obviado la cuestión. Gracias.

  • “nuestros resultados pueden sugerir que nuestro sistema visual desarrolló una estrategia de protección contra la degradación de la imagen retiniana durante los movimientos oculares en la que se priorizó la «microceguera» temporal impuesta por el cerebro a una visión con fenómenos anómalos por los emborronamientos que pudiera resultar confusa y molesta”.

    Me recuerda al intérvalo de guarda del mecanismo de acceso del 4G (OFDMA). Curioso como las tecnología va adaptando soluciones parecidas a la evolución.

    • Gracias por el comentario. Sin duda esto es asi muy a menudo. Las soluciones tecnologicas son “meras” copias flojas.
      Releyendo mi parrafo aislado… la verdad que tiene “miga” el asunto de la micro-ceguera temporal. Para muchas cosas, mas parece que suframos una ceguera bastante permanente. Saludos.

  • ”«microceguera» temporal impuesta por el cerebro a una visión con fenómenos anómalos por los emborronamientos que pudiera resultar confusa y molesta”.

    Más que confusa y molesta, tengo entendido que nuestro ojo sufre microtrémores constantes para evitar el conocido fogging o saturación de nuestros fotorreceptores en la retina, ayudado también por supuesto, por el cristalino.

    • Ana. Gracias por tu muy atinado comentario. Te refieres a un asunto relacionado, que no he querido mencionar para no complicar mas la entrada.
      Como bien dices, es conocido que los pequeños micro-movimientos constantes del ojo parecen necesarios para mantener la vision. De hecho, experimentos clasicos mostraron que cuando la imagen en la retina se estabiliza (se le impide que haga esos movimientos) se pierde la vision.
      Sin embargo, nuestro experimento se refiere a lo que ocurre tras los grandes movimientos, que llamamos sacadicos, y que realizamos para cambiar la mirada de posicion. Es en las situaciones de fijacion (entre sacadicos) donde se produce los micromovientos que mencionas. Pero su amplitud es mucho menor aunque su papel en la vision es muy relevante.

  • A pesar de la dificultad del tema, creo que ha conseguido hacerlo entendible. Es algo muy especial cuando la ciencia la cuenta quien la hace, y ademas bien. Gracias y adelante. Espero otro articulo que me sorprenda tanto como este.

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