En las ciencias es común ver la vinculación entre disciplinas afines como la física y la biología, que en este caso permitirá explicar la anatomía y fisiología de la visión humana y, a la vez, sirve de base para cumplir con el constante esfuerzo empírico por capacitar a los docentes en formación y profesionales en ejercicio en la especialidad de ciencias naturales, así como a los investigadores de la generación de relevo en determinadas competencias y habilidades para desarrollar protocolos de laboratorio con propósitos diacrónicos descriptivos y explicativos respecto a la óptica de la visión y otros aspectos relacionados con los organismos vivos.

En el presente post describiré con el apoyo de los colegas de la especialidad de física del departamento de ciencias naturales de la UPEL-IPB, las secuencias operativas para demostrar y explicar la óptica de la visión en condiciones de emetropía —visión normal—, y en sucesivas entregas me referiré a las anomalías ópticas asociadas a la miopía, hipermetropía y presbicia.

Estas demostraciones cumplen con los propósitos investigativos, pedagógicos y temáticos establecidos para la consecución del perfil de investigador docente establecido para el capital humano venezolano egresado de las casas de formación universitaria en Venezuela, donde la interdisciplinariedad y la transdisciplinariedad dan mayor fortaleza a los egresados al valerse de otras especialidades como la química y la física para la comprensión de los seres vivos y la naturaleza en general.

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Propósito

Con base en los conocimientos generados desde la física como ciencia, valorar la mecánica funcional del sistema óptico y, posteriormente, analizar las fallas que inducen anomalías de la visión y sus respectivas correcciones.

Objetivo General:

• Analizar la óptica de la visión humana sobre la base del montaje de un banco óptico que emule el globo ocular y sus medios transparentes constitutivos, así como también la retina y su función sensitiva especial.

Objetivos Específicos:

• Establecer la analogía entre cada componente del globo ocular y los diferentes elementos constitutivos del banco óptico.

• Demostrar mediante la utilización de un banco óptico la visión emétrope en los seres humanos.

• Promocionar el interés por las ciencias naturales y su estudio, con miras a formar educadores en ciencias y científicos.

Metodología
El diseño se plantea en el marco de la modalidad denominada investigación de campo de carácter descriptiva-explicativa, de tipo laboratorio. Se fundamenta en el enfoque epistemológico empirista - inductivista, desde la perspectiva paradigmática cuantitativista.

Métodos e Instrumentos
Se emplea el inductivismo como método de observación y se toman datos primarios en trabajo de laboratorio con base en la manipulación de las variables físicas en los componentes del banco óptico.

Referencia Teórico Inicial

Óptica de la Visión

En el marco de la interdisciplinariedad y la transdisciplinariedad las ciencias biológicas se han apoyado en disciplinas científicas como la física para profundizar sus conocimientos sobre los seres vivos y su entorno, para lo cual han requerido de instrumentos que le permitan sobrepasar los límites naturales de los sentidos y poder acercarse con mayor amplitud al objeto de estudio.


Con base en lo anterior es indudable la manera en que la física ha hecho invaluables aportes a la biología, especialmente en el campo de la óptica: sin ánimos de llevar alguna cronología o estatus jerárquico comienzo por recordar que el discípulo de Platón –Euclides—inició su interés por la óptica geométrica. También hago notar los aportes de René de Descartes al descubrir el fenómeno de refracción de la luz y sus respectivas leyes rectoras. Otro referente fue la construcción del tubo óptico de lentes acoplados de Galileo Galilei y la observación microscópica acometida por Zacharias Janssen que propició el conocimiento de la célula mediante los trabajos de Hooke.


Con lo anterior solo quiero destacar como estas dos disciplinas han estado vinculadas a lo largo de la historia en el objetivo común de generar conocimientos empíricos en algunos casos —y racionalistas en otros—, en el ánimo de dar respuesta al interés humano por conocer la verdad de su mundo.

Refracción de la luz e Imágenes invertidas

La refracción producida por el viaje de la luz desde un medio a otro de distinta densidad, se produce en el ojo por las superficies anterior y posterior de la córnea. Luego, en el cristalino, ambas superficies refractan nuevamente la luz para que al término del proceso haya un enfoque exacto en la retina. Sin embargo, hay que hacer notar que estas imágenes se enfocan de manera invertida, vale decir “cabeza abajo” y de derecha a izquierda, con lo cual el objeto debe ser entendido por el encéfalo de la manera correcta, tal y como está en el mundo real. Esto ocurre debido a que la memoria evolutiva se encarga de reubicarlos de manera correcta.

El Ojo Humano

El globo ocular está constituido por tres túnicas oculares a saber: la capa fibrosa (esclerótica) en la parte más externa, la túnica vascular (coroides) a nivel medio y la túnica nerviosa (retina) en la parte más profunda. En esta última están los fotoreceptores conos y bastones, además de otras células nerviosas como lo son las bipolares, amacrinas, horizontales y ganglionares de cuyos axones emerge el nervio óptico que lleva los impulsos nerviosos al área visual del encéfalo.


Escrutando el interior del ojo se puede evidenciar que tiene un conjunto de medios transparentes que permiten a la luz penetrar y llegar hasta la retina, con el propósito de formar allí la imagen nítida de los objetos que enfocamos. Desde afuera hacia adentro estos medios transparentes son: la córnea, humor acuoso, cristalino (lente susceptible de acomodación para lograr el enfoque) y finalmente una sustancia gelatinosa llamada humor vítreo ubicada entre el cristalino y la retina, al ocupar la parte posterior del ojo. Los medios transparentes transmiten la luz de longitud de onda (λ) larga, superando el espectro visible de alrededor de 720 nm.

Materiales e Instrumentos:

Los materiales a emplear son los siguientes: porta diafragma, 1 diafragma de flecha, 1 diafragma iris, 4 doble nueces, portavidrio, 1 vidrio esmerilado, 2 varillas de soporte de 25cm, 2 porta lentes, lentes de + 5cm, + 30cm, +10cm, de 15 cm, -5cm y uno de -20cm, al igual que una lámpara de experimentación con condensador sencillo o, en su defecto, una linterna.

Montaje del Banco Óptico

Para realizar el montaje, se debe tener en claro ¿Qué representa cada uno de los elementos del montaje en relación al ojo humano? Las partes del ojo humano necesarias para la visión se sustituyen en el montaje de la siguiente manera: la lámpara de experimentación representa la fuente de luz, el diafragma de flecha viene a ser el objeto a observar, el diafragma iris representa la pupila, el lente alude al cristalino y el vidrio esmerilado a la retina. Es importante acotar que el cambio de lentes va a representar la acomodación del cristalino. La actividad práctica se inicia con el montaje del ojo normal, conocido como el ojo Emétrope.

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Protocolo Utilizado para la Óptica del Ojo Emétrope

En el modelo, la abertura del diafragma iris es de 1 cm de diámetro, la distancia de la lente (+10 cm) al vidrio esmerilado es de 11 cm aproximadamente. Recuerde que la distancia puede modificarse dependiendo de la intensidad luminosa de la bombilla.


De acuerdo con el protocolo, se dirige el ojo hacia una distancia de 40 cm. Luego se aproxima el modelo al objeto a la distancia de 11 cm. Solo después de sustituir la lente de +10 cm por la de +5 cm, para lograr ver la imagen nítida sobre el vidrio esmerilado o pantalla.


Debe tener en cuenta que está realizando el montaje del ojo emétrope u ojo normal, donde la imagen se forma nítida y enfocada en la retina, de modo tal que en su montaje la flecha invertida debe verse con total nitidez en la pantalla o el vidrio esmerilado.


Explicación Audiovisual del Protocolo de Laboratorio para la Óptica de la Visión Video alojado en la red youtube.com con los materiales y la secuencia operativa del protocolo de laboratorio.

Fuente: reproductor del video de @tomastonyperez en youtube.com insertado por código embebido

Aclaratoria e Invitación

Una vez montado el ojo emétrope, se procede a representar las anomalías de la visión: Miopía, hipermetropía y presbicia, tal y como se los presentaré en el siguiente post.
La data se procesa por vía de la descripción en la libreta de notas y las imágenes observadas son capturadas con los dispositivos. Otras requieren ser diagramadas y digitalizadas con Tabla Samsung 10.1 u otros equipos inteligentes.

Discusión

• La actividad de laboratorio se desarrolla de acuerdo con lo establecido considerando las pautas de la protocolización realizada en los cuadernos de bitácora y en el pizarrón a raíz de la consulta referencial.

• Durante la observación se describen los componentes del globo ocular con sus características ópticas transparentes y se establecen las analogías con los componentes del banco óptico.

• Se corrobora el papel del iris y la pupila con la manipulación del diafragma, así como como de la abertura pupilar.

• De estas experiencias los investigadores noveles y el talento en formación aprovecha los espacios de laboratorio para fortalecer sus competencias instrumentales y de escritura científica.

• Para avanzar hacia las próximas prácticas y poder representar las anomalías, los participantes deben tener en claro algunos términos revisados preliminarmente para este protocolo: divergencia, convergencia, lente convexa y cóncava, así como las causas de las anomalías, su corrección y las propuestas alternativas de bajo costo para la representación de la anatomía y fisiología de la visión en comunidades educativas que no cuenten con estos materiales e instrumentos. Con ello se pretende motivar y promocionar el estudio de la ciencia entre los estudiantes de nuestras escuelas y liceos (educación media general), dirigidos hacia la docencia o con miras a la formación de los futuros científicos.