Umbral de luminancia diferencial y Adaptación a la luz PERCEPCIÓN VISUAL Tema 6 Profesora María Cinta Puell Grado Óptica y Optometría 1Febrero 2020 Índice  Umbral de luminancia diferencial  Ley de Weber  Adaptación a la luz  Constancia de luminosidad  Sensación luminosa (supraumbral)  Mecanismos de adaptación a la luz  Pupilar, bioquímico, neuronal  Deslumbramiento  Molestia por deslumbramiento  Discapacidad visual por deslumbramiento  Adaptación por deslumbramiento: tiempo de recuperación Universidad Complutense de Madrid 2 Una superficie gris debe parecer gris con poca luz 3 Adaptación a la luz Los objetos deben parecer igual de luminosos sin tener en consideración la cantidad de luz que les llega La adaptación a la luz se estudia con procedimientos de umbral diferencial o incremento Universidad Complutense de Madrid Habilidad del sistema visual para operar en un amplísimo intervalo de condiciones de luminancia ambiental Y con luz brillante Umbral de luminancia diferencial Perimetría clínica: Luminancia del fondo constante (LB) Luminancia del estímulo luminoso (LB + ΔL) Umbral de incremento o diferencial (ΔI or ΔL): mínima diferencia de luminancia perceptible entre dos estímulos con valores idénticos en el resto de los parámetros 4 Sensibilidad luminosa = 1/ ΔL Universidad Complutense de Madrid L0 L (L0 + ΔL) ULD: permite la percepción de los objetos que destacan sobre un fondo iluminado (visión fotópica) ΔI I Umbral diferencial o incremento Universidad Complutense de Madrid 5 Cuando se miden ΔI con distintos niveles de intensidad del fondo (I), el umbral (ΔI) aumenta proporcionalmente al nivel de intensidad (I). El umbral (ΔI) se mide para un destello de luz que se presenta sobre un fondo Ley de Weber cte L L = ∆ Conforme la luminancia de la zona de referencia o fondo (L) aumenta, el umbral de luminancia diferencial (ΔL) debe aumentarse de manera que la relación entre ΔL y L permanezca constante: Δ L L cd/m2 ΔL / L L Universidad Complutense de Madrid 6 Fracción de Weber o Constante de Weber Ejemplo Ley de Weber Umbral incremento de peso (ΔP) 100 g y 102 g ΔP = 2 g Constante de Weber ΔP /P = 2 /100 = 0,02 200 g ΔP/200 = Constante de Weber = 0,02 ΔP = 4 g El sujeto puede distinguir entre 200 y 204 g Pero no puede distinguir entre 200 y 202 g 7Universidad Complutense de Madrid Umbral diferencial – bastones Fracción de Weber para los bastones 100 ΔL14 1000 ΔL140 Ley de Weber - bastones ΔL / L = 0,14 (14%) 8 La sensibilidad relativa (0,14) no cambia a medida que aumenta la iluminación. Sin embargo, hay una reducción en la sensibilidad absoluta (de 14 a 140 unidades) Umbral diferencial - Conos (1,5%) 100 ΔL1,5 1000 ΔL 15 Ley de Weber - conos Fracción de Weber (umbral de contraste) para los conos 015,0= ∆ L L 9 El sistema fotópico es más sensible al contraste (fracción de weber = 0,015) que al sistema escotópico (fracción de weber = 0,14) Ley de Weber L L L LL C f fo ∆ = − = Fracción de Weber = Contraste de Weber 10 • El sistema visual sigue la ley de Weber. • El umbral de contraste permanece constante a medida que cambia la luminancia del fondo (Lf) Universidad Complutense de Madrid Curva de adaptación a la luz Adaptación a la luz conos Sección 5: ley de Weber conos Adaptación a la luz bastones Secciones 1, 2, 3, 4 Sección 3: ley de Weber bastones Sección 4: saturación de bastones Como cambia el umbral diferencial (ΔI) en función de la intensidad de adaptación del fondo (IB). 11Universidad Complutense de Madrid Curva de adaptación a la luz Parte escotópica (bastones) Ruido neuronal Fluctuaciones fotónicas (Ley De-Vries Rose) Ley de Weber para bastones Saturación de bastones La sección 3 cubre un intervalo de 4 unidades logarítmicas de I del fondo 12 Visión monocrómata de bastones N iv el d e lu z SATURACIÓN Monocromatismo de bastones Saturación: • Los bastones no son capaces de señalar el incremento de estímulo. • Solo se blanquea el 10% de la rodopsina • Los canales de sodio del segmento externo se cierran • Más blanqueamiento de rodopsina no da lugar a más hiperpolarización Universidad Complutense de Madrid 13 Curva de adaptación a la luz Parte fotópica (5) Ley de Weber conosΔL Universidad Complutense de Madrid 14 Reflectancia = 100% Reflectancia = 50% Considerar la siguiente situación... Ley de Weber 15Universidad Complutense de Madrid Luminancia = 100 Luminancia = 50 Si la superficie se ilumina con 100 unidades de luz... Luminancia diferencia = 50 ΔL/L = 0,5 Ley de Weber 16Universidad Complutense de Madrid Luminancia = 1000 Luminancia = 500 Si la superficie se ilumina con 1000 unidades de luz... Luminance diferencia = 500 ΔL/L = 0,5 Ley de Weber 17 Debido a que el contraste ΔL/L permanece constante, la apariencia luminosa o brillo del cuadro interior sigue siendo la misma Constancia de luminosidad Constancia de luminosidad o brillo Es la habilidad del sistema visual para mantener constante el brillo o luminosidad de los objetos. La característica constante es el ratio ΔL / L Universidad Complutense de Madrid 18 Constancia de luminosidad La constancia de luminosidad depende de que la iluminación caiga tanto sobre el objeto como sobre el fondo. Universidad Complutense de Madrid 19 Constancia de luminosidad El optotipo refleja el 10% de la luz incidente, y el fondo refleja el 10,4% Δ L = 4 cd/m2 Δ L = 400 cd/m2 ΔL / L = 4/104= 0,038 (3,8%) ΔL / L = 400/10400 = 0.038 (3,8%) El contraste del optotipo (3,8%) es superior al umbral de contraste fotópico 0,015 (1,5%) 20 La apariencia de la E es la misma (el contraste permanece constante) en condiciones de iluminación tenue y brillante: Constancia de luminosidad Contraste de Weber ΔL/L constante Constancia de luminosidad 21Universidad Complutense de Madrid Conforme aumenta la intensidad o luminancia del fondo, el umbral diferencial aumenta (Ley de Weber) Consecuentemente, la sensibilidad absoluta disminuye, mientras que la sensibilidad relativa permanece constante. Regulación de la sensibilidad El resultado es un contraste constante independientemente del brillo del fondo. Cambiar la luminancia del entorno o fondo sin cambiar la luminancia del objeto produce un cambio en la luminosidad percibida. Contraste simultáneo Universidad Complutense de Madrid 22 Contraste de brillo simultáneo Contraste simultáneo Apariencia de un estímulo de luminancia constante cuando se observa contra dos fondos de distinta luminancia Los dos cuadrados grises centrales son físicamente idénticos (igual luminancia) 25 El brillo de un objeto está influenciado por el brillo del entorno 26Universidad Complutense de Madrid El factor clave para predecir la apariencia de un estímulo es el contraste del estímulo (ley de Weber) y no su luminancia Esta escala parece aumentar en pasos iguales de brillo. ¿A cada escalón de aumento de la intensidad luminosa (dI) le corresponde un aumento constante de la sensación dS? Magnitud de sensación Los estímulos que exceden el umbral son supraumbral Escala sensorial ¿Cuál es la relación entre la magnitud de la sensación y la intensidad del estímulo? Si la intensidad de una bombilla se duplica, ¿parecerá el doble de brillante? 27Universidad Complutense de Madrid Intensidad del estímulo M ag ni tu d pe rc ib id a 1 jnd 2 jnd 4 jnd 5 jnd 6 jnd 3 jnd Magnitud percibida α log (intensidad) El brillo percibido no está relacionado linealmente con la intensidad (o luminancia) 28 Fechner asumió que la ley de Weber se aplicaba a estímulos supraumbral • Ley logarítmica de Fechner: la magnitud de la sensación es proporcional al logaritmo (intensidad del estímulo) S = K . log I Esta relación exponencial es cuestionable. • Ley de potencia de Steven: la magnitud de la sensación es proporcional a (intensidad del estímulo) elevada a una potencia S = IK Magnitud de sensación 29Universidad Complutense de Madrid Una relación constante de la estimulación produce una relación constante de la sensación Mecanismos de adaptación a la luz  Mecanismo pupilar  Mecanismo neuronal: ganancia post-receptor  Mecanismo bioquímico: cambios de la concentración de pigmentos en FR  Se diferencian en  La rapidez  La extensión de la respuesta a los cambios de luz Universidad Complutense de Madrid 30 Mecanismo pupilar  El tamaño de la pupila se altera aproximadamente en 1 segundo  la cantidad de luz que entra en el ojo puede cambiar en un factor de hasta aproximadamente 16 (aproximadamente una unidad logarítmica)  Los cambios en el área pupilar afectan sólo a una pequeña porción de la adaptación a la luz Universidad Complutense de Madrid 31 La iluminación retiniana es proporcional al area pupilar A = π r2 Ratio = 20,25 : 2,25 = 9 : 1 = 9 ≈ 1 unidad logarítmica d = 3 mm A = 2,25 π d = 9 mm A = 20,25 π Mecanismo pupilar Reducción en la cantidad de luz que alcanza la retina Universidad Complutense de Madrid 32 Mecanismo neuronal  Pocos milisegundos  Ajusta la sensibilidad de la retina para cambios de intensidad luminosa de 3 unidades logarítmicas  Cambios rápidos y profundos en el tamaño de los campos receptores.  Adaptación a la luz: disminuye el tamaño del CR. Universidad Complutense de Madrid 33 Mecanismo bioquímico  Cambios en la concentración de los fotopigmentos que normalmente estaban en un estado constante  Algunos minutos  Pueden alterar la sensibilidad del ojo en un rango de intensidad de 1-8 unidades logarítmicas Universidad Complutense de Madrid 34 Fases de adaptación a la luz  Fase rápida  Pone en juego toda la retina  Mecanismo neuronal  Fase relativamente más lenta  Limitada a la región retiniana estimulada  Mecanismo fotoquímico Universidad Complutense de Madrid 35 Deslumbramiento  Molestia visual transitoria acompañada por una disminución de las facultades visuales  Provocado por un exceso de luz con relación al:  estado de adaptación  extensión y duración de la estimulación Universidad Complutense de Madrid 36 Clases de deslumbramiento  Deslumbramiento molesto  Discapacidad por deslumbramiento (disability glare)  Deslumbramiento por adaptación a la luz  Tiempo de recuperación al deslumbramiento Universidad Complutense de Madrid 37 Deslumbramiento molesto  Sensación de molestia en algunas situaciones de luminosidad intensa  Se reduce con gafas de sol  No provoca una disminución en la visión Universidad Complutense de Madrid 38 Índice de deslumbramiento molesto Escala de criterio para juzgar la iluminación • Justamente perceptible (D = 10) • Justamente aceptable (D = 16) • Justamente incómoda (D = 22) • Justamente intolerable (D = 28) fondo fuente L L D ⋅ ⋅Ω = ϕ Ω ángulo sólido que ocupa la fuente luminosa φ ángulo que forma la dirección de la fuente luminosa con el eje visual Universidad Complutense de Madrid 39 Discapacidad por deslumbramiento  Disminución del contraste de la imagen debido a la dispersión de luz  Independiente del procesamiento neuronal  Puede no causar una molestia  No mejora con gafas de sol que podrían empeorar la situación 40 Reducción de la función visual debida a una fuente de deslumbramiento Universidad Complutense de Madrid Discapacidad por deslumbramiento Simulaciones de dispersión de luz causadas por opacidad del cristalino 41 Causa: dispersión de luz hacia delante (forward scatter) Universidad Complutense de Madrid Forward scatter Dispersión de luz en la dirección del haz incidente Dispersión de luz hacia delante Universidad Complutense de Madrid 42 Causa de la discapacidad por deslumbramiento Dispersión de luz en el interior del ojo:  cambios pequeños e irregulares en el índice de refracción de los medios oculares cristalino cataratas  fluorescencia del cristalino convierte luz incidente UV en luz azul dispersada  irregularidades en las superficies oculares ulceras o edema corneal Universidad Complutense de Madrid 43 Discapacidad por deslumbramiento  Aumenta con la edad (a partir 50 años), incluso en ojos sano sin cataratas  La lente del cristalino desarrolla sitios con dispersion conforme se hace menos transparente  Mayor discapacidad con cataratas  Dispersión en la cornea  Discapacidad por deslumbramiento debido a la cirugía refractiva  Edema corneal  Quejas por problemas de deslumbramiento especialmente:  Con luz solar intensa (amanecer y atardecer)  Conduciendo por la noche  Impacto importante en la movilidad y seguridad 44Universidad Complutense de Madrid Efectos de la dispersión de luz hacia delante  Reduce el contraste  Desatura los colores Universidad Complutense de Madrid 45 Disminuye la calidad de la imagen retiniana Luminancia del velo Lv Efecto de la dispersión de luz Universidad Complutense de Madrid 46 Luminancia del velo superpuesta a la imagen retiniana La función de dispersión  La luz dispersada se extiende sobre una región retiniana alrededor de la imagen  Esta iluminancia retiniana se puede igualar a la “luminancia del velo equivalente” Lv (θ)  Ecuación de Holladay-Stiles para una fuente puntual de deslumbramiento: 2 cos d IE θ⋅ = 2 .10 )( θ θ p V E L = E iluminancia (lux) en el plano de la pupila Lv luminancia del velo en cd/m2 θ ángulo en grados entre la línea de mirada y la fuente de deslumbramiento 1º < θ < 30º Universidad Complutense de Madrid 47 Ejemplo 12 50 )º2cos(000,30 2 ==E Intensidad del faro del vehículo 30.000 cd Distancia de visualización 50 metros 30 2 12.10)º2( 2 ==VL lux cd/m2 48 Cuanto menor sea la distancia angular (θ), mayor será la luminancia del velo por deslumbramiento Universidad Complutense de Madrid Discapacidad por deslumbramiento y su efecto en el contraste Contraste sin deslumbramiento Contraste con deslumbramiento vf VfV LL LLLL C + +−+ = )()( 0 f f L LL C − = 0 Vf f LL LL C + − = 0La luminacia del velo disminuye el contraste Universidad Complutense de Madrid 49 Discapacidad por deslumbramiento y su efecto en el contraste 8,0 100 20100 = − = − = f of L LL C Lf = 100 cd/m2 Lo = 20 cd/m2 Con la fuente de deslumbramiento el contraste se reduce a 0,75 (75%) La luminancia del velo será: VVf VoVf LLL LLLL C + − = + +−+ == 100 )20100()()( 75,0 LV = 6,67 cd/m2 Universidad Complutense de Madrid 50 Ejemplo Contraste sin deslumbramiento A O X H V T V O T H T M U A X Y U X A H V T X M Y H T U A Sorprendentemente poco Efecto de la dispersión de luz en la A.V. de alto contraste Universidad Complutense de Madrid 51 Valoración clínica de la discapacidad por deslumbramiento 52Universidad Complutense de Madrid ¿Qué queremos medir?  La cantidad de dispersión intraocular:  Medida de la luminancia del velo Lv a diferentes ángulos  La función visual en presencia de dispersión  Medida del efecto de una fuente de deslumbramiento periférica sobre la pérdida de visión C-Quant (Oculus) Mide la cantidad de dispersión de luz intraocular Método de medida: “comparación por compensación” Cantidad de dispersión intraocular 53Universidad Complutense de Madrid Valoración clínica de la discapacidad por deslumbramiento Se mide el efecto de una fuente de deslumbramiento periférica sobre la agudeza visual (AV) o la sensibilidad al contraste (SC)  Índice de discapacidad por deslumbramiento: Diferencia entre los valores medidos con y sin la presencia de una fuente de deslumbramiento. ¿Cuánta SC o AV se pierde en presencia de deslumbramiento?  La AV de bajo contraste o la SC proporciona una medida más sensible que la AV de alto contraste Universidad Complutense de Madrid 54 Adaptación posterior deslumbramiento  La adaptación a la luz tiene lugar después del deslumbramiento.  La fuente de deslumbramiento induce una post-imagen (escotoma) que posteriormente retrocede y se restaura la visión normal.  Causa retiniana  Blanqueamiento de los fotopigmentos de los conos maculares  Discapacitante en pacientes con problemas maculares 55Universidad Complutense de Madrid Adaptación posterior deslumbramiento  Tiempo de recuperación al deslumbramiento (PSRT photostress recovery time)  Tiempo requerido para que la mácula vuelva a su nivel normal de función después de haber estado expuesta a una fuente de luz brillante.  El tiempo de recuperación depende de:  La velocidad de regeneración del fotopigmento.  la relación funcional entre los fotorreceptores y el epitelio pigmentario de la retina (EPR). 56Universidad Complutense de Madrid Valoración clínica Tiempo de recuperación del deslumbramiento  Tiempo de recuperación del deslumbramiento (PSRT)  La prueba se realiza normalmente utilizando cartas de letras de alto contraste.  PSRT: período de tiempo entre el momento en que se apaga la luz de deslumbramiento y el sujeto puede comenzar de nuevo a leer los optotipos en la carta de VA justo por encima de la agudeza inicial  Enfermedades del nervio óptico  Tiempo de recuperación normal  El proceso fotoquímico en los fotorreceptores no está alterado  Enfermedades maculares  Tiempo de recuperación prolongado 57Universidad Complutense de Madrid Tiempo de recuperación al deslumbramiento  Causas de un tiempo de recuperación prolongado  Cambios en las funciones del complejo epitelio pigmentario – fotorreceptor (oxigeno, nutrientes, vitamina A…) como en la DMAE  Alteraciones de la integridad de la coriocapilar, pacientes con mal suministro vascular retiniano: diabéticos, hipertensos… Universidad Complutense de Madrid 58 59 Umbral de luminancia diferencial y Adaptación a la luz Índice Adaptación a la luz Umbral de luminancia diferencial Umbral diferencial o incremento Ley de Weber Ejemplo Ley de Weber� Ley de Weber - bastones Ley de Weber - conos Ley de Weber Curva de adaptación a la luz Curva de adaptación a la luz Monocromatismo de bastones Curva de adaptación a la luz Ley de Weber Ley de Weber Ley de Weber Constancia de luminosidad Constancia de luminosidad Constancia de luminosidad Constancia de luminosidad Contraste simultáneo Contraste de brillo simultáneo Contraste simultáneo Número de diapositiva 25 Número de diapositiva 26 Magnitud de sensación Número de diapositiva 28 Magnitud de sensación Mecanismos de adaptación a la luz Mecanismo pupilar Mecanismo pupilar Mecanismo neuronal Mecanismo bioquímico Fases de adaptación a la luz Deslumbramiento Clases de deslumbramiento Deslumbramiento molesto Índice de deslumbramiento molesto Discapacidad por deslumbramiento� Discapacidad por deslumbramiento Dispersión de luz hacia delante Causa de la discapacidad por deslumbramiento Discapacidad por deslumbramiento Efectos de la dispersión de luz hacia delante Efecto de la dispersión de luz La función de dispersión Ejemplo Discapacidad por deslumbramiento y su efecto en el contraste Discapacidad por deslumbramiento y su efecto en el contraste Efecto de la dispersión de luz en la A.V. de alto contraste Valoración clínica de la discapacidad por deslumbramiento Número de diapositiva 53 Valoración clínica de la discapacidad por deslumbramiento Adaptación posterior deslumbramiento Adaptación posterior deslumbramiento Tiempo de recuperación del deslumbramiento Tiempo de recuperación al deslumbramiento Número de diapositiva 59