Estereopsis

¿POR QUÉ TENEMOS DOS OJOS?

¿Tenemos dos globos oculares solo por razones de simetría? ¿O es simplemente como reserva por si uno de ellos deja de ser funcional? Los estudios acerca de la función visual nos permiten responder con un "NO" a esta pregunta, o al menos con "NO, no sólo por eso". El hecho de tener dos ojos nos proporciona un mayor campo visual, mayor sensibilidad al contraste(1) y una percepción más robusta de las distancias de los objetos que nos rodean incluso en entornos desconocidos.

Pero ... ¿cual es el mecanismo por el que percibimos distancias mediante la visión binocular?, la diferente ubicación horizontal de nuestros globos oculares es el primer punto clave. Dicha ubicación dispar, implica también la adquisición de dos imágenes retinianas con diferentes perspectivas horizontales de las escenas observadas.  El segundo punto clave es conseguir que la combinación de la diferente  información espacial contenida en esas imágenes de lugar a una percepción final en relieve. La percepción de distancias propiciada exclusivamente por la visión binocular (estereopsis), es una función exclusiva de ciertas especies animales y es posible gracias al trabajo conjunto de las redes de células binoculares de la corteza visual con las redes neuronales de las distintas áreas de asociación visual.

¿CÓMO VEMOS EN RELIEVE?

En realidad carecer de estereopsis no significa que no podamos percibir relieve ya que nuestro cerebro no solo utiliza la estereopsis para dicho fin, existen multitud de detalles en las escenas observadas que también son aprovechadas por nuestro astuto cerebro para estimar la posición y distancia de los objetos de nuestro entorno.

Cada persona, a lo largo de su desarrollo experimenta situaciones de las que va obteniendo información que modifica su cognición y/o su conducta. En el contexto del desarrollo de la función visual para la percepción de distancias, las pistas monoculares son patrones que el cerebro ha aprendido a aprovechar para percibir cual es la  localización espacial de los objetos en nuestro entorno.

Pero que va antes... ¿la estereopsis o las pistas monoculares? En realidad ambas se desarrollan en paralelo. Sin embargo, hay evidencias de que la estereopsis adopta un rol de guía para la consolidación del aprendizaje de las pistas monoculares (2). Una vez aprendidas las pistas monoculares pueden sustituir (o reforzar) a la estereopsis al menos en cierto grado. De hecho, a distancias lejanas, son las pistas monoculares las únicas que nos aportan información de profundidad ante la ausencia de suficiente disparidad o diferencias entre las imagenes adquiridas por cada uno de nuestros ojos.

PISTAS MONOCULARES

Solapamiento de objetos

Si en una escena observada un objeto ocluye a otro objeto, el que ocluye está más cerca del observador.

Perspectiva atmosférica

Los objetos más lejanos están más tenues y tienen colores menos saturados que los cercanos.

Dirección de luces y sombras

La posición de la luz respecto a las sombras nos da idea de la  (y/o relieve) del objeto que las crea.


Gradiente de textura

Si observamos una escena con textura (arena, hierba, empedrado), la parte de escena con textura más  difícil de resolver (más fina) se considera  más lejos del observador.

Velocidad de movimiento

Los objetos que percibimos con movimiento más rápido se les asume más próximos al observador.

Tamaño aprendido

Si conocemos el tamaño de un objeto, cuando más pequeño sea su tamaño percibido en retina más lejos entenderemos que está.


Paralaje

Si fijamos ambos ejes oculares en un punto y movemos la cabeza en horizontal sentiremos que los objetos más cercanos al punto observado se mueven en sentido contralateral a nuestra cabeza y los más lejanos a favor de la misma.

Perspectiva 

Como consecuencia de la dependencia del aumento de la imagen retiniana con la distancia, los puntos de fuga de las líneas paralelas que se alejan del observador son una poderosa pista de distancia percibida.

Acomodación

Descartes y posteriormente Berkeley tenían la teoría de que la acomodación, fuertemente ligada a la convergencia, podía ser también una pista para la localización espacial en si misma(3). Posteriormente se han hecho varios experimentos, separando cuidadosamente las dos respuestas(4) y se ha encontrado que la acomodación tiene muy poco efecto sobre la percepción de distancias(5) aunque los autores son cautos sobre esta afirmación por lo alejadas que están las condiciones experimentales de la visión natural.


Atendiendo a las pistas monoculares en esta imagen plana podemos hacer una estimación aproximada de distancias en la escena: vemos una roca tapando a otra y éstas a su vez tapando la pradera, la montaña está borrosa y menos saturada que la roca y además vemos el tamaño de un objeto conocido (OptoTab Screening) que nos permite deducir el tamaño del resto de objetos de la escena. Atendiendo a estas mismas pistas ¿Qué bola diríais que está delante de OptoTab Screening? ¿Amarilla quizá? ¿Roja? ¿Azul?

PISTAS BINOCULARES

Convergencia

Para ver objetos no muy lejanos de manera binocular los ojos tienen que realizar movimientos de vergencia entre unos objetos y otros, estos movimientos, guiados por los músculos extraoculares alinean los ejes oculares hacia un mismo objeto de cada vez. Así exploramos los distintos planos del espacio haciendo movimientos rápidos (sacádicos + convergencia). Se ha demostrado que la convergencia es una pista en la percepción de distancias(5). Existen varias teorías sobre el origen de esta información: algunos autores creen que la información propioceptiva muscular da información a nuestro sistema sobre la distancia relativa de unos objetos respecto a otros, otros creen que la doble imagen que estimula la respuesta vergencial es la clave, un tercer punto de vista mantiene que la percepción de distancias está influenciada principalmente por el registro central de la inervación motora que moverá los ojos(6)(7).

Estereopsis

La estereopsis es la percepción de profundidad binocular por antonomasia, se desarrolla entre los 3-5 meses de edad consiguiéndose valores de adulto entre los 5-7años. Nos facilita la percepción de profundidad cuando estamos ante escenas complejas, escenas nuevas diferentes a cualquier experiencia visual que hayamos tenido o con pistas monoculares contradictorias. Nos proporciona información completa y rápida de la escena sin necesidad de escanear con movimientos sacádicos. Tener estereopsis es una condición necesaria para disponer de un sistema binocular eficaz(8) y como tal la medida de la Agudeza Visual Estereoscópica (AVE) es indispensable para cualquier examen visual o campaña de cribado visual (screening visual).


Como ejemplo de como actúan todas estas pistas combinadas

os mostramos las siguientes imágenes:

Vamos a fusionarlas en convergencia...  😵😣 ...😵😣.... 

¿Ya lo tenéis?

Nota: si no lo habéis conseguido con convergencia voluntaria probar a colocar un dedo entre la pantalla y vuestros ojos, moverlo hacia delante y hacia detrás, y cuando percibáis la imagen fusionada, lentamente cambiar la atención del dedo a la imagen de fondo.... si todavía tenéis problemas y además unas gafas rojo-verde a mano, al final del post están las imágenes en versión anaglífo.

Una vez fusionadas entran en juego las capacidades binoculares:

-Con movimientos de convergencia rastreamos la imagen y obtenemos un cálculo de distancias relativo entre los distintos elementos: el tablet respecto a la roca, la roca respecto a la montaña, entre las distintas bolas...

-Si disponemos de estereopsis gracias a la disparidad horizontal existente en el registro entre ambas escenas, percibiremos la  escena con mayor calidad, la distancia de las montañas se hace sólida, la roca se texturiza y podemos sentir su tacto rugoso, vemos que la bola amarilla está muuucho más lejos que la roca 😝... incluso se aprecia el volumen de espacio que ocupan los rayos de luz... la imagen cobra tanta vida que casi casi nos podemos sentir dentro de este maravilloso lugar en los Pirineos

¿Que ocurrirá si creamos un conflicto entre las pistas monoculares y binoculares?

Al cambiar la imagen izquierda por la derecha las pistas monoculares no varían pero sí las binoculares ya que la disparidad  ahora está al revés. Esto significa que cuando fusionéis en convergencia la montaña del fondo se tendría que venir hacia delante y las rocas de delante irse para atrás...pero esto no ocurre así del todo, ¿Porqué? Ante una escena conocida el "sentido común" y los patrones de aprendizaje (pistas monoculares) se imponen a la estereopsis. El cerebro decide qué tiene sentido y que no lo tiene.

Respecto a la posición de las bolas de colores no hay problema, ahora la amarilla está en primer plano. Respecto a las rocas del primer plano ocurre una cosa muy curiosa: atendiendo a la estereopsis la roca de detrás está delante de la roca que se encuentra en primer plano. ¿Cómo lo soluciona nuestra percepción? Fijaos en la zona donde están superpuestas, la roca de detrás se viene hacia delante eliminando el trozo oculto y creando una sensación de "hueco" súper curioso, la  estereopsis prevalece sobre las pistas monoculares y la roca se rompe ante nuestros ojos. Respecto al resto de la escena las pistas monoculares se imponen a la estereopsis, la montaña se queda atrás y la pradera mantiene su posición aunque  los rayos de luz se perciben ahora con incomodidad porque no encuentran su sitio en el plano.

¿Visión tridimensional sin estereopsis?

Otro ejemplo muy interesante de lo profundo e intrincado de este tema se manifiesta en el vídeo que tenéis a continuación:


Cuando el vídeo no tiene movimiento, podemos ver cierta sensación de profundidad porque las pistas monoculares presentes (perspectiva y solapamiento de objetos) nos ubican que discos están delante y detrás. ¿Qué ocurre cuando se mueven? (activa el vídeo) Guau! ahora entra en juego otra pista monocular, el paralaje, ¿qué sentís? ¡La sensación de profundidad tridimensional se hace ahora mucho más patente! ... pero... si la imagen está plana en la pantalla tanto la convergencia como la estereopsis están siendo contradictorias a las pistas monoculares y sin embargo éstas últimas se imponen provocándonos una visión tridimensional de profundidad. Con el vídeo todavía en marcha, ocluid un ojo para  eliminar ese conflicto...  Reguau! Que levante la mano quien siga viendo tridimensionalmente (quizá más aún) con un ojo cerrado.🙋🙋🙋 ¿Le ocurrirá lo mismo a un ambliope sin experiencia estereoscópica? Ahí lo dejamos...

La misma base tienen los tan de moda SplitDepthGifs, en increible que con tan solo las pistas monoculares se consigua un efecto de visión tridimensional tan potente:


¿QUÉ OCURRE SI PIERDO LA ESTEREOPSIS?

Como podéis imaginar  una pérdida de visión central en un ojo causa la pérdida de estereopsis central. Si esta pérdida sobreviene de manera repentina, causará serias dificultades a la persona ya que su cerebro estaba adaptado a guiar sus movimientos por gran parte de la información proveniente de la estereopsis. En estos pacientes es fácil observar problemas de desplazamiento (se chocan con objetos), problemas en actividades de coordinación ojo-mano (van a coger un vaso de agua y lo tiran), movimientos más lentos... causando una gran frustración, aún más fuerte si su trabajo depende de esta habilidad: cirujano, deportista, carpintero.... Esta situación, con el tiempo, dejará de ser tan evidente en su entorno social pues el cerebro plástico se readaptará a la nueva situación y sus movimientos se refinarán de manera que el impacto en la vida diaria será menos evidente.

¿CÓMO PUEDO SABER SI MI PACIENTE TIENE ESTEREOPSIS?

Desde luego la presencia de AVE (Agudeza Visual Estereoscópica) es un indicador de que nuestro sistema visual trabaja eficientemente, y por la misma razón valores altos de la misma pueden indicar un problema binocular (foria descompensada, foria asociada alta, anisometropía, ambliopía profunda, aniseiconia, un escotoma de supresión por estrabismo, una patología macular...)

Con OptoTab podemos medir fácilmente el umbral de estereopsis de nuestros pacientes a diferentes distancias, con diferentes tamaños y formas del estímulo. Los pasos entre un valor de disparidad presentado y el siguiente pueden ser modificados por el examinador para hacerlos más finos o más gruesos según las capacidades de nuestro paciente. Además, resulta especialmente interesante, el  modo "fake" (se hace el AVE = 0) para detectar a esos pacientes impulsivos que contestan aleatoriamente en los test.

 

Para ejemplificar lo importante que es tener un instrumento que permita evaluar la estereoagudeza a diferentes distancias podemos imaginar el caso de Juan Ventura, un paciente con exceso de divergencia y/o exotropía intermitente sin diagnosticar, si le pasamos un test de estereopsis en cerca (distancia a la que se suelen pasar habitualmente los test de estereopsis presentes en el mercado) obtendremos una medida dentro de los valores normales pues no presenta alteración de su visión binocular en cerca. Si no nos quedamos ahí, y a continuación, medimos su estereoagudeza en lejos, con mucha seguridad obtendremos un valor alterado, pista de lo que puede estar pasando y por donde seguir evaluando.

PD: NO OS ALARMÉIS, al contaros este caso prototípico, no estamos infringiendo la ley de protección de datos.😝

 

pistas monoculares de acuerdo con pistas binoculares

pistas monoculares contradictorias a pistas binoculares



1-Jiménez JR, Ponce A, Anera RG. Induced aniseikonia diminishes binocular contrast sensitivity and binocular summation. Optom Vis Sci. 2004;81:559-562.

2-Fielder AR, Moseley MJ. Does stereopsis matter in humans? Eye (Lond). 1996;10 ( Pt 2):233-8.

3-Grosvenor, T. (1969). Accommodation as a cue in the percepcion of distance. Clinical and Experimental Optometry, 52(11), pp.323-331.

4-Owens, D. and Leibowitz, H. (1980). Accommodation, Convergence, and Distance Perception in Low Illumination. Optometry and Vision Science, 57(9), pp.540-550.

5-Morrison, J. and Whiteside, T. (1984). Binocular Cues in the Perception of Distance of a Point Source of Light. Perception, 13(5), pp.555-566.

6-Kaufman, L. (1974). Sight and Mind. Optometry and Vision Science, 51(11), p.896.

7-Von Hofsten, C. (1976). The role of convergence in visual space perception. Vision Research, 16(2), pp.193-198.

8-Saladin, J. (2005). Stereopsis From a Performance Perspective. Optometry and Vision Science, 82(3), pp.186-205.


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