Visión binocular

En biología , la visión binocular es un tipo de visión en la que un animal tiene dos ojos capaces de mirar en la misma dirección para percibir una única imagen tridimensional de su entorno. La visión binocular no suele referirse a la visión en la que un animal tiene los ojos en lados opuestos de la cabeza y no comparte ningún campo de visión entre ellos, como en algunos animales. ^{[ ¿Cuáles? ]}

El investigador neurológico Manfred Fahle ha señalado seis ventajas específicas de tener dos ojos en lugar de uno solo: ^[1]

1. Le otorga a una criatura un "ojo de repuesto" en caso de que uno resulte dañado.
2. Proporciona un campo de visión más amplio . Por ejemplo, los humanos tienen un campo de visión horizontal máximo de aproximadamente 190 grados con dos ojos, de los cuales aproximadamente 120 grados constituyen el campo de visión binocular (visto por ambos ojos) flanqueado por dos campos unioculares (vistos por un solo ojo) de aproximadamente 40 grados. ^[2]
3. Puede dar estereopsis , en la que la disparidad binocular (o paralaje ) proporcionada por las diferentes posiciones de los dos ojos en la cabeza proporciona una percepción precisa de la profundidad . Esto también permite que una criatura rompa el camuflaje de otra criatura.
4. Permite determinar los ángulos de las líneas de visión de los ojos entre sí ( vergencia ), y aquellas líneas relativas a un objeto particular (ángulo de mirada) ^[3] a partir de las imágenes de los dos ojos. ^[4] Estas propiedades son necesarias para la tercera ventaja.
5. Permite a una criatura ver más o todo un objeto detrás de un obstáculo. Esta ventaja fue señalada por Leonardo da Vinci , quien notó que una columna vertical más cercana a los ojos que un objeto al que una criatura está mirando podría bloquear parte del objeto al ojo izquierdo, pero esa parte del objeto podría ser visible para el ojo derecho.
6. Proporciona una suma binocular en la que se mejora la capacidad de detectar objetos débiles. ^[5]

Otros fenómenos de la visión binocular incluyen la discriminación utrocular (la capacidad de decir cuál de los dos ojos ha sido estimulado por la luz), ^[6] el dominio ocular (el hábito de usar un ojo al apuntar algo, incluso si ambos ojos están abiertos), ^[7] la alelotropía (el promedio de la dirección visual de los objetos vistos por cada ojo cuando ambos ojos están abiertos), ^[8] la fusión binocular o unicidad de visión (ver un objeto con ambos ojos a pesar de que cada ojo tiene su propia imagen del objeto), ^[9] y la rivalidad binocular (ver la imagen de un ojo alternando aleatoriamente con la del otro cuando cada ojo ve imágenes que son tan diferentes que no se pueden fusionar). ^[10]

La visión binocular ayuda con habilidades de desempeño como atrapar, agarrar y locomoción. ^[11] También permite a los humanos caminar sobre y alrededor de obstáculos a mayor velocidad y con más seguridad. ^[12] Los optometristas y ortoptistas son profesionales del cuidado de los ojos que solucionan problemas de visión binocular.

El término binocular proviene de dos raíces latinas , bini , que significa doble, y oculus , que significa ojo. ^[13]

Algunos animales (normalmente, aunque no siempre, animales de presa ) tienen los dos ojos colocados en lados opuestos de la cabeza para ofrecer el campo de visión más amplio posible . Algunos ejemplos son los conejos , los búfalos y los antílopes . En estos animales, los ojos suelen moverse de forma independiente para aumentar el campo de visión. Incluso sin mover los ojos, algunas aves tienen un campo de visión de 360 ​​grados.

Otros animales (normalmente, aunque no siempre, los depredadores ) tienen los dos ojos situados en la parte delantera de la cabeza, lo que les permite una visión binocular y reduce su campo de visión en favor de la estereopsis . Sin embargo, los ojos orientados hacia delante son un rasgo muy evolucionado en los vertebrados, y solo existen tres grupos de vertebrados con ojos verdaderamente orientados hacia delante: los primates , los mamíferos carnívoros y las aves rapaces .

Algunos animales depredadores, en particular los grandes, como los cachalotes y las orcas , tienen sus dos ojos ubicados en lados opuestos de sus cabezas, aunque es posible que tengan algún campo visual binocular. ^{[ ¿cómo? ] [14]} Otros animales que no son necesariamente depredadores, como los murciélagos frugívoros y varios primates , también tienen ojos orientados hacia adelante. Por lo general, se trata de animales que necesitan una fina discriminación/percepción de profundidad; por ejemplo, la visión binocular mejora la capacidad de coger una fruta elegida o de encontrar y agarrar una rama en particular.

La dirección de un punto con respecto a la cabeza (el ángulo entre la posición de frente y la posición aparente del punto, desde el egocentro) se denomina dirección visual o versión . El ángulo entre la línea de visión de los dos ojos al fijar un punto se denomina disparidad absoluta, paralaje binocular o demanda de vergencia (normalmente simplemente vergencia). La relación entre la posición de los dos ojos, la versión y la vergencia se describe mediante la ley de la dirección visual de Hering .

En los animales con ojos orientados hacia adelante, los ojos generalmente se mueven juntos.

Los movimientos oculares pueden ser conjuntivos (en la misma dirección), movimientos oculares de versión, generalmente descritos por su tipo: movimientos sacádicos o de seguimiento suave (también nistagmo y reflejo vestíbulo-ocular ), o disyuntivos (en dirección opuesta), movimientos oculares de vergencia. La relación entre los movimientos oculares de versión y de vergencia en los humanos (y en la mayoría de los animales) se describe mediante la ley de inervación igual de Hering .

Algunos animales utilizan ambas estrategias. Un estornino , por ejemplo, tiene los ojos colocados lateralmente para cubrir un amplio campo de visión, pero también puede moverlos juntos para apuntar hacia el frente de modo que sus campos se superpongan dando lugar a la estereopsis. Un ejemplo notable es el camaleón , cuyos ojos parecen montados sobre torretas , cada una moviéndose independientemente de la otra, hacia arriba o hacia abajo, hacia la izquierda o hacia la derecha. Sin embargo, el camaleón puede dirigir ambos ojos hacia un solo objeto cuando está cazando, mostrando vergencia y estereopsis.

La suma binocular es el proceso por el cual el umbral de detección de un estímulo es menor con dos ojos que con uno. ^[15] Existen varios tipos de posibilidades al comparar el rendimiento binocular con el monocular. ^[15] La suma binocular neuronal ocurre cuando la respuesta binocular es mayor que la suma de probabilidad. La suma de probabilidad supone una independencia completa entre los ojos y predice una relación que oscila entre el 9 y el 25 %. La inhibición binocular ocurre cuando el rendimiento binocular es menor que el rendimiento monocular. Esto sugiere que un ojo débil afecta a un ojo bueno y causa una visión combinada general. ^[15] La suma binocular máxima ocurre cuando las sensibilidades monoculares son iguales. Las sensibilidades monoculares desiguales disminuyen la suma binocular. Existen sensibilidades desiguales de trastornos de la visión como la catarata unilateral y la ambliopía. ^[15] Otros factores que pueden afectar la suma binocular incluyen la frecuencia espacial, los puntos retinianos estimulados y la separación temporal. ^[15]

Aparte de la suma binocular, los dos ojos pueden influirse mutuamente de al menos tres maneras.

• Diámetro pupilar . La luz que entra en un ojo afecta al diámetro de las pupilas de ambos ojos. Esto se puede comprobar fácilmente mirando el ojo de un amigo mientras éste cierra el otro: cuando el otro ojo está abierto, la pupila del primer ojo es pequeña; cuando el otro ojo está cerrado, la pupila del primer ojo es grande.
• Acomodación y convergencia . La acomodación es el estado de enfoque del ojo. Si un ojo está abierto y el otro cerrado, y uno enfoca algo cercano, la acomodación del ojo cerrado será la misma que la del ojo abierto. Además, el ojo cerrado tenderá a converger para apuntar al objeto. La acomodación y la convergencia están vinculadas por un reflejo, de modo que una evoca a la otra.
• Transferencia interocular . El estado de adaptación de un ojo puede tener un pequeño efecto en el estado de adaptación a la luz del otro. Los efectos secundarios inducidos a través de un ojo pueden medirse a través del otro.

Cuando los campos de visión se superponen, existe la posibilidad de que se produzca una confusión entre la imagen del ojo izquierdo y la del ojo derecho del mismo objeto. Esto se puede solucionar de dos maneras: se puede suprimir una imagen , de modo que solo se vea la otra, o se pueden fusionar las dos imágenes. Si se ven dos imágenes de un mismo objeto, esto se conoce como visión doble o diplopía .

La fusión de imágenes (comúnmente denominada "fusión binocular") se produce solo en un pequeño volumen de espacio visual alrededor de donde los ojos están fijando la mirada. Atravesando el punto de fijación en el plano horizontal hay una línea curva por la cual los objetos caen sobre puntos retinianos correspondientes en los dos ojos. Esta línea se llama horóptero horizontal empírico . También hay un horóptero vertical empírico, que está efectivamente inclinado alejándose de los ojos por encima del punto de fijación y hacia los ojos por debajo del punto de fijación. Los horópteros horizontales y verticales marcan el centro del volumen de unicidad de la visión. Dentro de este volumen delgado y curvo, los objetos más cercanos y más lejanos que los horópteros se ven como únicos. El volumen se conoce como área de fusión de Panum (presumiblemente se llama área porque Panum lo midió solo en el plano horizontal). Fuera del área de fusión de Panum (volumen), se produce visión doble.

Cuando cada ojo tiene su propia imagen de los objetos, resulta imposible alinear imágenes fuera del área de fusión de Panum con una imagen dentro del área. ^[16] Esto sucede cuando uno tiene que señalar un objeto distante con el dedo. Cuando uno mira la punta del dedo, es única pero hay dos imágenes del objeto distante. Cuando uno mira el objeto distante es única pero hay dos imágenes de la punta del dedo. Para señalar con éxito, una de las imágenes dobles tiene que tener prioridad y la otra debe ser ignorada o suprimida (denominado "dominancia ocular"). El ojo que puede moverse más rápido hacia el objeto y permanecer fijado en él es más probable que se denomine ojo dominante . ^[16]

La superposición de la visión se produce debido a la posición de los ojos en la cabeza (los ojos están ubicados en la parte frontal de la cabeza, no en los lados). Esta superposición permite que cada ojo vea los objetos desde un punto de vista ligeramente diferente. Como resultado de esta superposición de la visión, la visión binocular proporciona profundidad. ^[17] La ​​estereopsis (de stereo- que significa "sólido" o "tridimensional", y opsis que significa "apariencia" o "vista") es la impresión de profundidad que se percibe cuando una escena es vista con ambos ojos por alguien con visión binocular normal. ^[17] La ​​visión binocular de una escena crea dos imágenes ligeramente diferentes de la escena en los dos ojos debido a las diferentes posiciones de los ojos en la cabeza. Estas diferencias, conocidas como disparidad binocular, proporcionan información que el cerebro puede usar para calcular la profundidad en la escena visual, proporcionando un medio importante de percepción de profundidad. ^[17] Hay dos aspectos de la estereopsis : la naturaleza de la información del estímulo que especifica la estereopsis y la naturaleza de los procesos cerebrales responsables de registrar esa información. ^[17] La ​​distancia entre los dos ojos de un adulto es casi siempre de 6,5 cm y esa es la misma distancia en el desplazamiento de una imagen cuando se ve con un solo ojo. ^[17] La ​​disparidad retiniana es la separación entre los objetos vistos por el ojo izquierdo y el ojo derecho y ayuda a proporcionar la percepción de profundidad. ^[17] La ​​disparidad retiniana proporciona una profundidad relativa entre dos objetos, pero no una profundidad exacta o absoluta. Cuanto más cerca estén los objetos entre sí, la disparidad retiniana será pequeña. Si los objetos están más alejados entre sí, entonces la disparidad retiniana será mayor. Cuando los objetos están a distancias iguales, los dos ojos ven los objetos como iguales y hay cero disparidad. ^[17]

Debido a que los ojos están en diferentes posiciones en la cabeza, cualquier objeto alejado de la fijación y fuera del plano del horóptero tiene una dirección visual diferente en cada ojo. Sin embargo, cuando las dos imágenes monoculares del objeto se fusionan, creando una imagen ciclópea , el objeto tiene una nueva dirección visual, esencialmente el promedio de las dos direcciones visuales monoculares. Esto se llama alelotropía. ^[8] El origen de la nueva dirección visual es un punto aproximadamente entre los dos ojos, el llamado ojo ciclópeo. La posición del ojo ciclópeo no suele estar exactamente centrada entre los ojos, sino que tiende a estar más cerca del ojo dominante.

Cuando se muestran imágenes muy diferentes a las mismas regiones retinianas de los dos ojos, la percepción se fija en una durante unos momentos, luego en la otra, luego en la primera, y así sucesivamente, durante el tiempo que uno quiera mirar. Esta alternancia de percepción entre las imágenes de los dos ojos se llama rivalidad binocular . ^[18] Los humanos tienen una capacidad limitada para procesar una imagen completamente a la vez. Es por eso que se produce la rivalidad binocular. Varios factores pueden influir en la duración de la mirada en una de las dos imágenes. Estos factores incluyen el contexto, el aumento del contraste, el movimiento, la frecuencia espacial y las imágenes invertidas. ^[18] Estudios recientes incluso han demostrado que las expresiones faciales pueden hacer que se preste más atención a una imagen en particular. ^[18] Cuando se presenta una expresión facial emocional a un ojo y una expresión neutral al otro ojo, el rostro emocional domina al rostro neutral e incluso hace que el rostro neutral no se vea. ^[18]

Para mantener la estereopsis y la visión única, los ojos deben apuntar con precisión. La posición de cada ojo en su órbita está controlada por seis músculos extraoculares . Las ligeras diferencias en la longitud o la posición de inserción o la fuerza de los mismos músculos en los dos ojos pueden provocar una tendencia a que un ojo se desvíe a una posición diferente en su órbita que el otro, especialmente cuando uno está cansado. Esto se conoce como foria. Una forma de revelarla es con la prueba de cubrir-descubrir . Para hacer esta prueba, mire los ojos de una persona cooperativa. Cubra un ojo de esa persona con una tarjeta. Haga que la persona mire la punta de su dedo. Mueva el dedo; esto es para romper el reflejo que normalmente mantiene un ojo cubierto en la posición de vergencia correcta. Mantenga el dedo firme y luego destape el ojo de la persona. Mire el ojo descubierto. Puede ver que se mueve rápidamente de estar bizco a su posición correcta. Si el ojo descubierto se movió de afuera a adentro, la persona tiene esoforia . Si el ojo se movió de adentro hacia afuera, la persona tiene exoforia . Si el ojo no se movió en absoluto, la persona tiene ortoforia . La mayoría de las personas tienen cierta cantidad de exoforia o esoforia; es bastante normal. Si el ojo descubierto también se movió verticalmente, la persona tiene hiperforia (si el ojo se movió de abajo hacia arriba) o hipoforia (si el ojo se movió de arriba hacia abajo). Estas forias verticales son bastante raras. También es posible que el ojo cubierto rote en su órbita, tal condición se conoce como cicloforia . Son más raras que las forias verticales. La prueba de cobertura también se puede utilizar para determinar la dirección de la desviación en las cicloforias. ^[19]

La prueba de cubrir-descubrir también se puede utilizar para trastornos más problemáticos de la visión binocular, las tropías . En la parte de cubrir la vista de la prueba, el examinador mira el primer ojo mientras cubre el segundo. Si el ojo se mueve de adentro hacia afuera, la persona tiene exotropía . Si se mueve de afuera hacia adentro, la persona tiene esotropía . Las personas con exotropía o esotropía tienen los ojos bizcos o estrabismo respectivamente. Estas son formas de estrabismo que pueden ir acompañadas de ambliopía . Existen numerosas definiciones de ambliopía. ^[15] Una definición que incorpora todo esto define la ambliopía como una condición unilateral en la que la visión es peor que 20/20 en ausencia de cualquier anomalía estructural o patológica obvia, pero con una o más de las siguientes condiciones que ocurren antes de los seis años: anisometropía ambliogénica , esotropía o exotropía unilateral constante, isometropía bilateral ambliogénica, astigmatismo unilateral o bilateral ambliogénico , degradación de la imagen. ^[15] Cuando el ojo cubierto es el ojo no ambliópico, el ojo ambliópico de repente se convierte en el único medio de visión de la persona. El estrabismo se revela por el movimiento de ese ojo para fijarse en el dedo del examinador. También hay tropías verticales ( hipertropía e hipotropía ) y ciclotropías .

Las anomalías de la visión binocular incluyen: diplopía (visión doble), confusión visual (la percepción de dos imágenes diferentes superpuestas en el mismo espacio), supresión (donde el cerebro ignora todo o parte del campo visual de un ojo), horror fusionis (una evitación activa de la fusión mediante una desalineación de los ojos) y correspondencia retiniana anómala (donde el cerebro asocia la fóvea de un ojo con un área extrafoveal del otro ojo).

Las anomalías de la visión binocular se encuentran entre los trastornos visuales más comunes. Por lo general, se asocian con síntomas como dolores de cabeza, astenopía , dolor ocular, visión borrosa y diplopía ocasional. ^[20] Aproximadamente el 20% de los pacientes que acuden a las clínicas de optometría tendrán anomalías de la visión binocular. ^[20] Muchos niños en la actualidad utilizan dispositivos digitales durante un período de tiempo significativo. Esto podría conducir a varias anomalías de la visión binocular (como amplitudes reducidas de acomodación, facilidad de acomodación y vergencia fusional positiva tanto de cerca como de lejos). ^[21] La forma más eficaz de diagnosticar anomalías de la visión es con la prueba del punto de convergencia cercano. ^[20] Durante la prueba NPC, se acerca un objetivo, como un dedo, hacia la cara hasta que el examinador nota que un ojo se ha desviado hacia afuera y/o la persona ha experimentado diplopía o visión doble. ^[20]

Las disparidades binoculares pueden compensarse hasta cierto punto mediante ajustes del sistema visual. Sin embargo, si los defectos de la visión binocular son demasiado grandes (por ejemplo, si obligan al sistema visual a adaptarse a desviaciones horizontales, verticales, torsionales o aniseicónicas demasiado grandes ), los ojos tienden a evitar la visión binocular, lo que en última instancia provoca o empeora un estado de estrabismo .

• Blake, Randolph; Wilson, Hugh (2011). "Visión binocular". Vision Research . 51 (7): 754–770. doi :10.1016/j.visres.2010.10.009. PMC  3050089 . PMID  20951722.
• Steinman, Scott B.; Steinman, Barbara A.; Garzia, Ralph Philip (2000). Fundamentos de la visión binocular: una perspectiva clínica . McGraw-Hill Medical. ISBN 0-8385-2670-5.
• Stidwell, David; Fletcher, Robert (2017). Visión binocular normal: teoría, investigación y aspectos prácticos . John Wiley & Sons. ISBN 9781119480334.

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• Rahul Bhola: Binocular Vision, EyeRounds.org, University of Iowa Healthcare (actualizado el 23 de enero de 2006)
• Livingstone, MS; Conway, BR (septiembre de 2004). "¿Rembrandt era estereociego?". The New England Journal of Medicine . 351 (12): 1264–5. doi :10.1056/NEJM200409163511224. ISSN  0028-4793. PMC  2634283 . PMID  15371590.
• Van Der Willigen, RF; Harmening, WM; Vossen, S.; Wagner, H. (2011). "Sensibilidad a la disparidad en el hombre y el búho: evidencia psicofísica de una percepción equivalente de la forma a partir de estéreo" (PDF) . Journal of Vision . 10 (1): 10.1–11. doi :10.1167/10.1.10. PMID  20143903. S2CID  1483794.
• Ganando visión binocular - Ya no somos estereociegos - La gente cuenta sus historias
• VisionSimulations.com | Imágenes y simuladores de visión de diversas enfermedades y afecciones del ojo.
• Binocular+Vision en los encabezados de materias médicas (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU.
• Vision2: programa Java de código abierto para el examen de la visión binocular utilizando gafas con obturador