jueves, 10 de marzo de 2011

Enfocando la historia (IV): EL PAPEL DE LA ÓPTICA EN LAS EXPLORACIONES HUMANAS

Este post se publica en la sección del foro de ópticos-optometristas, llamada"enfocando la historia", en la que colaboro con pequeñas historietas referentes al mundo de la óptica y la optometría que han surgido a lo largo de la historia.


Desde el comienzo de los tiempos el hombre ha sentido la necesidad de explorar el mundo desconocido que le rodeaba. Los avances de la exploración geográfica han sido marcados por la propia tecnología. Tenemos ejemplos en la historia en que ha habido un gran auge de dichas exploraciones, como la época de los grandes descubrimientos, o las exploraciones vikingas, todas ellas siempre acompañadas de mejoras en la tecnología de la época. En la actualidad vivimos en otra época de exploraciones fuera de nuestro planeta natal, que aún sigue con la carrera hacia el planeta marte.

Como hemos comentado, todo esto no sería posible sin una tecnología necesaria para tal fin. En dicha tecnología ha jugado un papel importantísimo los descubrimientos y aportes de la óptica, tanto a través de instrumentos ópticos como a través del conocimiento de la óptica geométrica (a través de medición de ángulos y razonamientos por trazado de rayos).

  • Aparatos destinados a observar el cielo, como los telescopios, los cuales fueron clave para conocer la situación a través de las estrellas y para la posterior creación del almanaque náutico, imprescindible para medir posiciones astrales. Su derivado más usado fue el catalejo, útil para avistar tierra u otros barcos. Más adelante aparecieron los prismáticos.
De izquierda a derecha: telescopio náutico, catalejo, prismáticos.

  • Aparatos que sirvieron para conocer la dirección del norte, como las brújulas. Ya existían en la antigua china y se perfeccionaron en occidente. Además de las brújulas, se usó el compás de demoras, instrumento que mide un ángulo entre una línea de referencia respecto de la línea del norte. Anterior a su invención se usaron sondas para su localización.
De izquierda a derecha, brújula, compás de demora, sonda.

  • Aparatos para medir la latitud. Se basaban en medir el ángulo que producía el sol o la estrella polar con el horizonte, para conocer de esta manera la latitud. Los primeros en desarrollarse fueron los astrolabios en la antigua grecia. Le siguió el kamal árabe, la ballestina de cruceta de la edad media, el cuadrante de Davis y los más recientes sextantes. Para su utilización es necesario poder distinguir el sol en el cielo.
De izq a der y arrib a abaj.: Astrolabio marino, Kamal, ballestina de cruceta, cuadrante Davis, sextante

  • Aparatos que miden la longitud. Para medir la longitud fue necesario medir con exactitud el tiempo con referencia a un meridiano concreto, que fue el de Greenwich. Hasta que no se inventó el cronómetro y se desarrolló, el método más usado fue el de las distancias lunares, consistente en medir el ángulo entre la luna y un cuerpo celeste previamente identificado en un almanaque náutico (con todas las posiciones estelares). Previamente a esto, los árabes desarrollaron un instrumento sencillo llamado nocturlabio, con el que podían saber la hora sólo localizando ciertas estrellas en el cielo.
A la izquierda, la medida de las distancias lunares. A la derecha un nocturlabio.

Como se puede ver, en muchos de estos aparatos hay importante aportación de la óptica. Y si esto fuera poco, hay dos casos en la historia de las exploraciones en el que conocimientos demostrados (o casuales) de óptica han servido para poder orientarse en condiciones adversas.

Los vikingos y el uso de luz polarizada para orientarse.

El pueblo vikingo fue un pueblo muy temido en su época y conocido por su afán exploratorio y de conquista. En los años en los que existieron, dominaron el arte de la navegación en una zona del planeta en la que las condiciones no son nada favorables: Es común nieblas densas, lluvias, tormentas, además del hecho de que cerca del ártico hay épocas muy largas de perpetua luz de día en verano, por lo que les impidió usar las estrellas como guía para determinar su posición, y la brújula magnética aún no se había introducido en Europa; de todos modos, habría sido de uso limitado cerca del Polo Norte.… Y no por ello les impidió descubrir América más de 500 años antes de Colón y conquistar y colonizar Groenlandia.

Izquierda: Dakkar o barco vikingo de exploración. Derecha: exploraciones hechas por los vikingos.

Dentro de su rico folclore popular, destacan las sagas de los famosos marinos, dentro de las cuales está la saga de Sigurd, la cual hablaba de una “piedra solar” (o sólarsteinn) que se decía que brillaba intensamente cuando se la elevaba hacia el cielo, señalando la posición del Sol aún en un día nublado (clave para la orientación). La leyenda cuenta que durante un día nublado y nevando, el rey Olaf consultó a Sigurd sobre la ubicación del Sol. Para comprobar la respuesta de Sigurd, Olaf “tomó una piedra del sol, miró al cielo y vio de donde venía la luz”, con lo que definió la posición del invisible Sol.

Ya en 1967 un arqueólogo danés, Thorkild Ramskou, tuvo la audaz hipótesis de que dicha piedra existió, y que quizás se tratara de un tipo de piedra de calcita con efectos de cristal polarizador, como el espato de Islandia (una forma transparente de calcita común en Escandinavia). La idea que manejaba Thorkild era la siguiente: La luz natural del sol cuando atraviesa un medio con una atmósfera muy densa de moléculas de agua (como en una bruma o niebla) se polariza en una determinada dirección, concretamente en la tangencial a círculos centrados en el sol. Así, si se posee otra superficie polarizada como un cristal birrefringente (como la calcita) permitiría que la luz polarizada en una determinada dirección pase a través de él, y pueden aparecer brillante u oscuro en función de cómo se orienta con respecto a la luz. El funcionamiento sería simple: Habría que rotarla hasta dar con la dirección que anule su brillo (en dicho punto se anula la luz polarizada por el eje de extinción de la piedra). De esta manera, los vikingos podrían haber deducido la posición del Sol, incluso cuando estaba oculto detrás de las nubes o niebla, o justo debajo del horizonte.
Piedra de calcita de espato de islandia

La explicación de la luz polarizada viene por la naturaleza de onda electromagnética de la luz. La luz natural posee diferentes componentes ondulatorios que oscilan en todas direcciones de manera perpendicular a la dirección del recorrido de la luz. Cuando las oscilaciones atraviesan un medio polarizador, apuntan todas en la misma dirección, absorbiendo las demás componentes de luz. Esta dirección viene determinada por el eje de extinción del polarizador (esta manera de polarizar se llama absorción selectiva). Este fenómeno también se da en la naturaleza con la luz que se refleja en la superficie del mar o superficies pulidas (polarización por reflexión), o en este otro caso por un material especial birrefringente (como el espato de islandia), el cual anulará dicha componente de luz polarizada si se orienta en la misma dirección que su eje de extinción, y la dejará pasar completamente si va perpendicular a la misma.

Luz natural a la izquierda (oscila en todas direcciones) en el medio la superficie
polarizadora y tras atravesar dicha superficie la luz sale polarizada en una dirección perpendicular al eje de extinción

La principal desventaja que tiene esta hipótesis es que nunca se ha hallado dicha piedra en ningún Drakkar (aunque no signifique que no exista desde luego el hecho de encontrarla sería ya una prueba irrefutable). Por ello, esta hipótesis fue cuestionada durante años por diferentes científicos en distintos estudios (como por ejemplo Disputing Viking navigation by polarized skylight de Roslund y colaboradores). Una de las causas que defienden sus detractores es que aunque haya poca luz se puede localizar bien el sol, cosa que después se refutó en otro estudio Psychophysical study of the visual sun location in pictures of cloudy and twilight skies inspired by Viking navigation, Barta et co., el cual demuestra que pueden darse situaciones en las que sea imposible localizar el sol por culpa de la bruma o niebla. Otra cosa que se dijo es que para que se produzca el efecto de polarización máximo de la luz, se tiene que aprovechar los pocos claros de luz de entre la bruma, posición en la que se puede encontrar el sol.

Efecto de birrefringencia de un cristal de calcita sobre la luz. Nótese como “dobla” la imagen que tiene debajo.

A raíz de querer demostrar dicha afirmación se ha publicado recientemente en la prestigiosa revista Philosophical Transactions of the Royal Society B, el artículo On the trail of Vikings with polarized skylight: experimental study of the atmospheric optical prerequisites allowing polarimetric navigation by Viking seafarers (Tras las huellas de los vikingos con claraboyas polarizadas: estudio experimental de los requisitos ópticos de las condiciones atmosféricas que permitían la navegación de polarización por los marinos vikingos), realizado por un óptico de la Universidad de Eötvös en Budapest llamado Gábor Horváth, y otros colaboradores como la ecóloga Susanne Åkesson. En dicho estudio, Horváth y su equipo tomaron fotografías de nubes o del cielo en el crepúsculo en el norte de Finlandia a través de una lente de ojo de pez de 180° de campo, y pidió a los sujetos en la prueba que estimaran la posición del Sol. Los errores de hasta 99° llevaron a los investigadores a la conclusión de que los vikingos no podían basarse en conjeturas sobre la posición del Sol realizadas a simple vista.

Para comprobar si las piedras solares funcionaban mejor, en 2005 midieron el patrón de polarización de todo el cielo en diferentes condiciones meteorológicas durante el cruce del Océano Ártico en el rompehielos sueco de Oden. Los investigadores se sorprendieron al encontrar que en condiciones de niebla o totalmente nublado el patrón de polarización de la luz es similar a la de un cielo despejado. La polarización no era tan fuerte, pero Åkesson cree que aún así podría haber proporcionado información útil a los navegantes vikingos. “Probé con un cristal en un día nublado en Suecia”, dijo. “El patrón de la luz variaba dependiendo de la orientación de la piedra.” Tras esto quisieron experimentar para determinar si los voluntarios pueden determinar con precisión la posición del Sol con cristales, en diversas condiciones climáticas. El resultado fue más que satisfactorio.

Un día de bruma durante una incursión de un drakkar

Los detractores del estudio afirman que los registros que han quedado indican que los vikingos y los marineros del principio del medievo cruzaron el Atlántico Norte con la posición del Sol en los días claros como guía, en combinación con las posiciones de las líneas costeras, los patrones de vuelo de los pájaros, las rutas de migración de las ballenas y las nubes distantes sobre las islas y otros investigadores afirman que no hay evidencia real para indicar que los vikingos efectivamente usaron estos cristales, ya que se estuvo navegando mucho antes de esto sin ningún tipo de instrumentos. Es evidente que aunque no haya pruebas reales no deja de ser interesante la teoría de dichos estudios.

La aventura del Apollo XIII, o como orientarse sin alta tecnología

La otra historia nos traslada a una época en la que la orientación ya no depende del sol, las estrellas y las brújulas. Hablamos de la época actual, dominada por la navegación via satélite. En 1971 la nave aeroespacial más avanzada de la época, el Apollo XIII, se disponía a mandar por segunda vez al hombre a la luna. Hablamos, pues, de la maravilla de la técnica moderna llena de artefactos que sirven para manejar la nave tanto por los astronautas como a control remoto desde tierra. En aquella época no había tantos satélites para localizar naves, pero aun así hablamos de un despliegue de medios y humano sin precedentes… pero, ¿Qué ocurre si hay un problema múltiple?

Insignia de la misión apollo XIII

Esta odisea moderna fue casi un fracaso para la NASA por culpa de una avería múltiple de la nave que le hizo explotar uno de los tanques de oxígeno a bordo de la nave, que obligó a la tripulación a abortar la misión (Houston, tenemos un problema) y orbitar alrededor de la Luna sin poder lograr su cometido.. En una situación tan delicada todos los sistemas de navegación de la nave tuvieron que apagarse para usar la energía disponible para mantenerlos con vida y poder regresar. En esa situación, el módulo de servicio aún seguía perdiendo energía y oxígeno aunque la fuga pudo ser frenada cuando el módulo estaba casi vacío. La capacidad amperimétrica (energética) de la nave estaba en punto crítico y, como se ha comentado, la nave tuvo que continuar sin la mayoría de los sistemas de navegación. ¿Cómo lograr mantener el rumbo que los llevaría a casa? Los hombres del apollo XIII tuvieron que usar las estrellas para guiarse, y un método sencillo que se puede considerar de óptica geométrica.

Imagen de la película que se rodó sobre la odisea, Apollo XIII.

El comandante Jim Lovell recordó el sistema antiguo de medición de ángulos en la antigüedad, basado en usar la mano extendida para aproximar los dos puntos a referencias de tu propia mano, como por ejemplo desde el pulgar hasta el meñique. De esta manera calculas su distancia angular aproximada, clave para localizarte en el espacio. Dichas distancias fueron muy usadas en la antigüedad, y algunas tienen nombres famosos:

  • La distancia entre la punta del pulgar y la del meñique se llama una cuarta, que corresponde a un ángulo de 20°.
  • La distancia entre la punta del pulgar y la del índice, un geme. Corresponde a un ángulo de 15°.
  • La distancia entre el dedo índice y el medio, la llamada V de la victoria, corresponde a un ángulo de 10°.
  • El grueso del dedo pulgar corresponde a un ángulo de 1° y 1/2.
Un hombre tapando con el pulgar la luna

El comandante vio que podía tapar la circunferencia de la tierra con su pulgar, por lo que supo que sustendía aproximadamente 1.5 grados de arco. Gracias a este cálculo pudo aproximar la distancia a la que se encontraba la nave en ese momento.

Otro de los problemas críticos por los que se enfrentó fue el de realizar un encendido de motores en un momento en el que la Luna se interponía entre la Tierra y la nave e impedía las transmisiones de radio. Dicho encendido de motores era necesario para que la nave aumentara su velocidad, saliera de la órbita lunar y enfilara con suficiente velocidad en trayectoria hacia la Tierra. Normalmente dicha labor la realiza el módulo de comando cuando ya los astronautas han regresado de su exploración en la superficie lunar. Esta labor era un punto de suma importancia y tenía que ser realizada con extrema exactitud, cualquier fallo provocaría que los tripulantes perdieran la trayectoria correcta y nunca regresaran a la Tierra.

En ese momento en el que no pudieron comunicarse con tierra, se usó un método de triangulación similar al usado por pilotos de avión para saber que su dirección era correcta, manteniendo la visión de la tierra dentro de la ventana delantera y la luna en la pequeña trasera del módulo que sustendía casi justo el tamaño de la luna, para saber que su dirección era constante (usando al módulo como un enorme sextante).

Izquierda, imagen del propulsor del módulo del Apollo XIII cuando fue desprendido del módulo en el que se aprecia el daño al explotar el tanque de oxígeno. A la derecha, momento del rescate del módulo en el océano pacífico. Los hombres del Apollo XIII lo habían logrado.

Estas técnicas junto con los conocimientos de los tripulantes de orientación de los antiguos marinos (se llegó a usar un sextante a bordo para conocer el ángulo exacto de trayectoria y localizar estrellas para guiarse en un momento dado) fueron claves para poder llevar la empresa a fin, considerada al mismo tiempo como uno de los fracasos más grandes de la NASA y al mismo tiempo uno de sus mayores logros.

Y estos son sólo dos ejemplos de cómo la óptica ha llegado a tener un papel muy importante, en muchos casos clave, para ayudar al hombre a explorar tierras desconocidas. Aunque seguramente no son los únicos casos en la historia, son buenos argumentos para reconocer la importancia de la óptica dentro del campo de la exploración.

Fuentes:

jueves, 20 de enero de 2011

VISION BINOCULAR (II). ESTRABISMOS: Cuando los ojos no están alineados.

Vamos a continuar el post de “visión binocular” que comenzamos aquí. Esta parte se va a centrar sobre todo en aquellas anomalías/patologías que nos hacen perder la binocularidad de manera manifiesta. Aquellas condiciones de desalineamiento latente de los ojos lo abarcaremos en otro post, por su nivel de riqueza y complejidad. Aunque antes de empezar vamos a repasar conceptos de anatomía ocular.

Músculos extraoculares.

Son un total de 6: Cuatro músculos rectos que están en los “cuatro puntos cardinales” del ojo y más o menos están paralelos al eje visual: recto superior, recto inferior, recto lateral (o recto externo) y recto medial (o recto interno). Y otros dos músculos que son perpendiculares al eje visual, uno superior y otro inferior: El oblicuo superior y el oblicuo inferior. En estos dibujos se ven como insertan con el globo ocular.

Comprender cómo mueven el ojo es algo que nos ayudará a entender las posiciones anómalas de los ojos cuando ocurre un problema en dichos músculos o en sus correspondientes nervios. Hay que intentar pensar en el ojo como una “bola” que está atada a 6 cuerdas, y que dichas cuerdas están en equilibrio de fuerzas mediante un ejercicio de contracción-relajación que mantiene a los ojos más o menos rectos.

¿Cómo trabajan dichos músculos oculares?

Se puede decir que los músculos oculares trabajan en equipo teniendo siempre en cuenta a tres músculos con los que está emparejado. Haciendo un símil, un músculo tiene dentro del mismo ojo un músculo que cede a su movimiento y otro que le ayuda a realizar dicho movimiento y en el otro ojo tiene un músculo que actuará haciendo lo mismo que él.
  • Hablaremos de músculos extraoculares antagónicos o antagonistas cuando dichos músculos actúan moviendo al ojo en la dirección opuesta. Son clave para el movimiento del ojo, ya que para que un músculo pueda funcionar es necesario que se relaje su antagónico. Por ejemplo: el recto lateral es antagónico del medial, es decir, para mover el ojo hacia afuera el músculo recto lateral se contrae y el medial se relaja.
  • Hablaremos de músculos sinérgicos cuando dichos músculos mueven al ojo en la misma dirección. Dichos músculos al contraerse hacen mover al ojo de manera precisa para una dirección. Por ejemplo: el recto superior y el oblicuo inferior tienen ambos acción elevadora.
  • Y los músculos agonistas, yunta u horquilla son aquellos que producen movimientos conjugados de ambos ojos. Por ejemplo, para mirar a la izquierda, en el ojo derecho actúa el recto medial y en el ojo izquierdo el recto lateral. El RL del ojo izquierdo y el RM medial del ojo derecho son entre sí músculos yunta.
En este diagrama vemos las posiciones diagnósticas de mirada (o posiciones primarias de mirada o PPM) y los músculos que se encargan de dichas posiciones, pudiendo localizar dichas asociaciones fácilmente

RS: Recto superior
RI: Recto inferior
RM: Recto medial
RL: Recto lateral
OS: Oblicuo superior
OS: Oblicuo inferior

Cómo leer el diagrama de PPM: A la izquierda de la barra inclinada, el/los músculo(s) que mueve(n) el ojo derecho para ponerlo en esa posición. A la derecha de la barra, el/los músculo(s) yunta del ojo izquierdo. En mirada superior e inferior actúan dos músculos sinérgicos.

Inervación muscular extrínseca.
Los músculos extraoculares están inervados por tres pares craneales, nervios especiales que vienen directamente del cerebro y que salen de núcleos específicos que se alojan en el encéfalo. Dichos nervios son:
  • El III par craneal o músculo ocular común. Dicho par craneal es el que más músculos inerva: El recto medial, el recto superior, el recto inferior y el oblicuo inferior, además del músculo elevador del párpado superior.
  • El IV par, o nervio patético, inerva el oblicuo superior únicamente.
  • El VI par o nervio abducens inerva al recto lateral.
En el complejo cerebro humano se da una peculiaridad que en pocos animales existe. Y es que en el córtex cerebral los núcleos de dichos pares craneales están conectados, lo cual hace que el cerebro pueda controlar varios aspectos de los mismos haciendo posible la binocularidad. Dichas relaciones nerviosas están regidas por dos leyes:
  1. Ley de Sherrington (o de inervación recíproca): Siempre que un musculo recibe un impulso de contracción, el musculo antagonista del mismo ojo recibe igual cantidad de impulso pero de inhibición.
  2. Ley de Hering (de igual inervación) Los músculos yunta de cada ojo reciben la misma inervación al realizar un movimiento conjugado.
Estrabismos.

Como hemos comprobado, el ojo tiene un sistema complejo de músculos y nervios para mantener a ambos ojos alineados en todo momento, pero mantener dicha alineación de los ejes no siempre es posible. Esta falta de alineamiento de los ejes visuales de manera manifiesta se llama “estrabismo” o de manera más clínica, tropia. Existe otro tipo de desviación latente que sólo aparece cuando el sistema nervioso reflejo que controla la binocularidad se descompensa (aparece al quitarle al sistema visual las pistas para fusionar dos imágenes), a esto se le llama foria. Hablaremos en primer lugar de las tropias.

Las tropias son, por definición, cualquier desviación que se manifiesta con desalineamiento de los ejes visuales, y se les designa diferentes nombres según la dirección de desviación de dichos ejes visuales. Los tipos de tropias existentes son:
  1. Horizontales. En las que los ejes pierden su paralelismo en el eje horizontal. Son dos:
    • Endotropia, condición en la que un ojo está más hacia adentro de lo esperado (los ojos más juntos de lo normal)
    • Exotropia, condición en la que un ojo está separado hacia afuera.
  2. Verticales. En las que los ojos se desvían en el eje vertical.
    • Se habla de hipertropia cuando un ojo está desviado hacia arriba,
    • Y se le denomina hipotropia cuando lo hace hacia abajo.
  3. Ciclotropias. En esta rara condición, el ojo está desviado y al mismo tiempo girado unos grados del eje visual. Puede existir a su vez exciclotropias y enciclotropias. Condición esta que se debe a la inserción oblícula de algunos músculos estraoculares.
  4. La posición paralela y no estrábica (en reposo) de los ojos se llama ortotropia.
Causas de los estrabismos.

Las posibles causas de los estrabismos se pueden englobar en dos grupos:
  • Los estrabismos causados por un problema neurológico:
  1. Parálisis o paresias de los nervios que inervan los músculos extraoculares. Conociendo los músculos que inervan dichos nervios podemos conocer que tipo de parálisis tendremos según los movimientos que no pueda hacer el ojo.
  2. Problemas derivados de una descompensación de los reflejos primitivos de binocularidad que al final han desembocado en que una desviación latente (foria) acaba transformándose en una desviación manifiesta (tropia).
  • Problemas musculares y de tipo mecánico. Pueden deberse a atrofias musculares congénitas, fibrosis musculares o incluso a traumatismos o tumores, que bloqueen o incapaciten el movimiento de algún músculo o tendón.
  • Hay un subgrupo de estrabismos englobados en diferentes síndromes, en los que las causas son variadas. Entre ellos tenemos el síndrome de Duane, el síndrome de Brown, síndrome de Parinaud, miastenia gravis con afectación ocular…
  • Hay que mencionar que existe una condición rara que suele darse cuando los mecanismos binoculares fallan de manera temprana, que se trata de las desviaciones verticales disociadas o DVDs. En los mismos si tapamos un ojo éste siempre se dirige hacia arriba. Dichos movimientos nos vienen heredados de los antepasados marinos que desarrollaron dichos reflejos mucho antes de que existiera binocularidad. En el anterior post ya se habló de ellos.
Consecuencias de los estrabismos.

La pista principal y el punto de referencia del ojo para que el cerebro sepa si ambos ojos están alineados es la fóvea, que es la zona de la retina con mayor resolución y agudeza visual, por estar concentrada ahí la mayor cantidad de fotorreceptores sensibles a los detalles (los conos). Será la fóvea la que haga mover al ojo para buscar el objeto que queremos ver en ambas fóveas. En un sistema alineado (ortotrópico) la fijación de los dos ojos es foveal o central. Cuando ambas fóveas están fijando el mismo punto hablamos de correspondencia sensorial normal.

Pero el cerebro es increíblemente plástico y en condiciones en las que hay un estrabismo lo primero que ocurre es que se vea doble (llamado diplopía), al no coincidir las dos imágenes foveales. El cerebro puede adaptarse pasado el tiempo suficiente a dicha situación, pudiendo ocurrir lo siguiente (pero nunca a la vez):
  • Que la imagen de uno de los dos ojos sea suprimida por el cerebro, entonces no habrá binocularidad.
  • Que se produzca binocularidad en presencia de estrabismo, esto ocurre porque el cerebro "sabe que ve por donde no tiene que ver", pero hace corresponder binocularmente puntos que se sitúan en diferentes partes de la fóvea. A esto se le llama Correspondencia Sensorial Anómala (CSA)
  • Esto puede desembocar en una condición rara llamada Fijación excéntrica (FE), en la cual el cerebro ya ha situado en el ojo desviado un nuevo punto de referencia en el punto donde coincide con el otro ojo, diferente a su fóvea (por lo que la agudeza visual de dicho ojo será baja). Desde ese momento el cerebro no creerá que tiene un ojo desviado. Esta fijación excéntrica se mantiene en condiciones monoculares, por lo que puede existir CSA sin tener que haber necesariamente FE (lo contrario siempre se cumple).
Método para determinar si existe Fijación Excéntrica llamado visuscopía. Se proyecta un retículo en retina y se evalúa la posición de la imagen en retina (el paciente tiene que buscar el retículo y verlo centrado). Compararemos el reflejo que presenta la fóvea con el retículo, que deben coincidir si es F normal (y será otro punto si es FE).

Dichos problemas suelen estar asociados a ambliopías (o descensos de agudeza visual sin presencia de patologías) del ojo desviado, cuya gravedad dependerá de lo fuerte que sea el mecanismo compensatorio “elegido” por el cerebro. Por ejemplo, la supresión es un mecanismo mucho menos “rígido” que la fijación excéntrica. La FE suele verse en situaciones congénitas o de muy larga evolución.

Soluciones a los estrabismos.

El planteamiento que habría que hacerse en primer lugar al encontrarse un estrabismo es determinar cual es el origen del mismo. ¿Se trata de un estrabismo funcional? ¿Es un problema neurológico? ¿Es un estrabismo de gran cuantía o de pequeña cuantía? ¿Es constante o intermitente? ¿está prolongado en el tiempo? Para contestar a si es un problema funcional o no una de las cosas que estudiaremos será si la desviación se mantiene en todas las posiciones de mirada o es mayor en alguna de ellas. Si es constante, se habla de un estrabismo concomitante, en caso contrario será un estrabismo incomitante.

En caso de ser un estrabismo incomitante, suelen ser provocados por problemas de paresias o parálisis nerviosas, fibrosis o estrabismos importantes de reciente aparición. Si son recientes provocarán diplopia. Las dos soluciones que se plantean cuando los ojos no están alineados son las siguientes:
  1. O se mueve la imagen que queda fuera de fóvea para colocarla en la misma, En cuyo caso se usan prismas que desvían la luz de la manera en que nosotros queremos. (La explicación de como funcionan dichos prismas la daremos más adelante).
  2. O se mueven los ojos para colocarlos en la posición correcta. Para ello se realizan cirugías de los músculos extraoculares para tal fin.
Si se trata de un estrabismo concomitante, suelen tener origen funcional y su aparición es temprana e intermitente, por lo que suelen provocar diplopía. El tratamiento se basará en tratar la causa funcional. Puede tratarse simplemente de poner toda la refracción que tienen los ojos (funciona muy bien cuando el origen del estrabismo es una hipermetropía alta), o de hacer un entrenamiento de los reflejos primitivos para que puedan hacer frente a la demanda de trabajo a la que están sometidos (dicho entrenamiento se le llama terapia visual, y merece un capítulo aparte). O en ocasiones habrá que usar prismas para ayudar al sistema binocular. La solución a elegir dependerá de las pruebas que se hagan para ver su sistema binocular.

Dichas soluciones que se plantean funcionarán mejor cuanto menos tiempo haga que exista estrabismo, ya que si le damos tiempo al cerebro a adaptarse entonces es posible que siga desviándose a pesar de entrenar colocar prismas (como ocurre por ejemplo en casos con fijación excéntrica). Este fenómeno se le conoce como adaptación prismática.

  • Funcionamiento de los prismas:

Un prisma desvía un rayo luminoso hacia la base, y debido a la inversión de imagen que se produce dentro del ojo, la sensación que tendremos es que mueve los objetos hacia su vértice. Al haber inversión de imagen dentro de retina, el movimiento que verá el ojo del objeto en cuestión en consecuencia será hacia la base del prisma. Veámoslo con esquemas:


Desplazamiento de un rayo luminoso provocado por un prisma.


Arriba, el OD tiene exotropia, por tanto la imagen de la letra A (el objeto que quiere fijar el sujeto) se forma en un punto F`cercano a su verdadera fóvea (F), por lo que o la ve doble o sólo la ve con el ojo izquierdo.
Abajo, al colocar un prisma, en este caso de base temporal, se desplaza la imagen F' hacia la izquierda (colocándose en F, su fóvea) y lo que percibe es que la letra A se irá a la izquierda (hacia la base del prisma) cuando el ojo sigue en la misma posición que al principio.

  • Sobre la cirugía
El el objetivo suele ser debilitar o reforzar un músculo concreto, acortando o alargando su inserción con su tendón. Hay muchas técnicas y métodos, depende mucho del tipo de estrabismo y del músculo a abordar. No me voy a extender más para no alargar demasiado el tema, si alguien tiene curiosidad sobre ésto pongo un enlace a un vídeo en el que se ve una cirugía real de músculos extraoculares (no apto para estómagos sensibles)


Y con esto damos fin a la segunda parte de este recorrido sobre la binocularidad. En el siguiente capítulo se hablará de las desviaciones latentes: las forias; sus características, síntomas y soluciones. Un saludo.

lunes, 3 de enero de 2011

Enfocando la historia (III) HISTORIA DE LA MEDICION DE LA AGUDEZA VISUAL

Este post se publica en la sección del foro de ópticos-optometristas, llamada"enfocando la historia", en la que colaboro con pequeñas historietas referentes al mundo de la óptica y la optometría que han surgido a lo largo de la historia.

Desde el principio es indudable la utilidad de una buena agudeza visual, lo que no es de extrañar que en la antigüedad se quisiera saber si un cazador es capaz de detectar a su presa a mucha más distancia que otro. Posiblemente las primeras maneras de probar la agudeza visual fueron a través de la pura práctica diaria. Pero, ¿Cómo podían saber si el sujeto reunía dichas virtudes visuales de manera fiable?

En la antigüedad, a falta de tecnología, se valió de la propia naturaleza para poder saber si la persona poseía una buena visión. Es muy probable que se usaran elementos del entorno en cuestión, pero hay un método que ha usado el hombre en todas las culturas para dicha tarea: Las estrellas en el cielo nocturno. Vamos a hacer un repaso de dichos métodos de la antigüedad, así como de los mitos que los rodean, y de la ciencia que está detrás de los mitos.

Mizar y Alcor

Quizás la prueba más famosa de este tipo. Se conoce que a través de los persas, que buscaban a los más preparados para la guerra, se excluía a todo aquel que no pasara dicha prueba. Es, en toda regla, el primer "psicotécnico" de la historia. La prueba es llamada comúnmente “el test árabe” ya que los árabes tomaron dicha tradición de los persas. Consistía en distinguir dos estrellas, Mizar y Alcor (Mizar es más grande y brillante) dentro de la famosa constelación. El primer pueblo que usó dicha prueba fue el persa, pero se conoce que los griegos y los árabes lo usaron también. Se le suele llamar “el caballo y el jinete” por estar relacionado con la elección de los mejores guerreros (el caballo era Mizar). La costumbre se extendió a los tiempos en que Carlos V creó el cuerpo de Arqueros de la cuchilla, precedente de los Guardias de Corps.

Encontrar dicha constelación, que en realidad se trata de un asterismo (grupo distintivo de estrellas dentro de una constelación mayor, como el cinturón de orión) es muy sencillo. Pero vamos a prestar atención a la estrella en la curva del “mango del cazo”, una estrella llamada Mizar.


Si no habéis visto la doble estrella en la imagen de arriba, en la de abajo está mucho más “sencillo”.

Junto a ésta se encuentra otra estrella más pequeña y de iluminación más débil, llamada Alcor.

Controversia en la medida.

Este método ha suscitado cierta discusión en el mundo científico, preguntándose cómo dos estrellas que subtienden 11,8 minutos de arco, que sería equivalente en función del ángulo subtendido a 20/200 Snellen (0.1 en decimal), pueda ser una prueba fiable para buena visión. Surgieron diferentes teorías:

  • El astrónomo Sir Patrick Moore ha sugerido que este hecho se refiere a otra estrella que se encuentra visualmente entre Mizar y Alcor. Se trata de Sidus Ludoviciana, una estrella descubierta en 1722 por Johann Georg Liebknecht (creyendo que había encontrado un planeta nuevo).
  • Otros, sin embargo, teorizan sobre si dicha prueba es una manera “sutil” de eliminar a guerreros demasiado ancianos, ya que cuando se tiene más edad es más difícil de verla (por las enfermedades oculares de la senilidad, como la DMAE). Esto coincide con la leyenda japonesa (de la que hablaremos después).
  • Algunos consideran que ahora es más brillante que antes y ya no es el objeto difícil que era, incluso en el claro cielo del desierto, o que puede haber aumentado la distancia angular de Mizar.
  • Sin embargo, el científico George Bohigian hizo un estudio a fondo sobre el tema, llegando a la conclusión de que “La percepción de dos estrellas puntuales depende también de otras cualidades físicas ópticos tales como la magnitud de brillo, contraste, blanco sobre negro y otros factores.” Realizó un experimento con diez voluntarios, los cuales ya comprobó que tenían AV=1.0, y le colocó lentes esféricas positivas incrementando su valor hasta no poder diferenciar dos optotipos de Snellen (tipo E). Después fue con los sujetos a una zona con baja contaminación lumínica comprobando que todos veían separadas las dos estrellas. Luego hizo lo mismo que antes emborronándoles la visión con lentes positivas hasta que no distinguieran las dos estrellas. En ambos casos, la media estuvo entre +0.5 y +0.75, lo que demostraba que el test árabe tiene una correspondencia buena con el 1.0 Snellen de la actualidad.
Considero esta última conclusión más o menos satisfactoria (creo que este estudio estaba un poco sesgado por el método utilizado) pero bajo mi punto de vista hay que recordar que el ojo de noche está en condiciones escotópicas (poca luminosidad) por lo que la agudeza visual disminuye al ser los bastones los que se encargan de la visión.

Y la cosa no acaba aquí…

Porque estas dos estrellas sirvieron para medir la agudeza visual no solo del ojo desnudo, sino también de todos los aparatos inventados por el hombre para mejorar su limitada resolución. Así, Mizar (la estrella “grande”) fue la primera estrella doble descubierta por el hombre en 1617 por un discípulo de Galileo llamado Benedetto Castelli. Luego, una de estas dos estrellas, concretamente Mizar A, pasó a ser también la primera estrella binaria espectroscópica en 1889.

Aún más, en 1908 Edwin B. descubrió también gracias a variaciones estroboscópicas que Mizar B también es doble, por lo que formaban el primer sistema quíntuple de estrellas conocido. Y por si fuera poco, en 2009 se ha descubierto que Alcor también es doble, por lo que al final es un complejo sistema séxtuple formado por un sistema cuádruple de dos estrellas binarias y otro sistema binario (y como colofón estos dos sistemas están mucho más cerca de lo que se pensaba.)


Arriba, Mizar y Alcor, vistas a través de un telescopio. Abajo, un esquema en el que aparece Sidus Ludoviciana


Leyendas y curiosidades sobre Alcor, Mizar y la constelación de la Osa mayor.

Mundo árabe. El nombre Mizar proviene del árabe, y significa cinturón o faja. Paradójicamente, Alcor significa "la perdida” o “sin amigos" (cosa que ya hemos visto antes que dista mucho de ser cierto). Según su leyenda, Alcor fue el niño pequeño que va en los brazos de uno de los "dolientes" en el cortejo fúnebre (La constelación de la Osa Mayor se veía como un cortejo fúnebre alrededor de un féretro o ataúd). Estos dolientes, los hijos de Al Na'ash, llevan el féretro de su padre, que fue asesinado por Al Jadi, la estrella polar (Polaris). Es por esto que lo siguen todas las noches rodeándola en el cielo en su sed de venganza. Sobre lo de distinguir Alcor, hay un viejo proverbio árabe que reza:"Él puede ver Alcor, pero no puede ver la luna llena". Describe a una persona que puede ver los detalles triviales, pero no todo el panorama.

Mundo oriental. En la mitología japonesa, Alcor se conoce como la estrella de esperanza de vida o "jumyouboshi" (寿命星), ya que se creía que el que no podía ver a esta estrella viviría el último año de su vida. Para los chinos fue Foo Sing, el ayudante o acompañante de los gobernantes, ya que para éstos la osa mayor representaba “El gobierno”.

Mundo nórdico. Para las tribus germánicas, la osa mayor era el carro de Thor. Sobre Alcor hay varias leyendas. Una cuenta que uno de los dedos gordos del pie de Orwandil (Orión) fue mordido y arrancado en una batalla por el dios Thor, y lanzado hacia el cielo del norte, cayendo encima de uno de sus caballos (Mizar). En otras zonas de Alemania del norte Alcor ha sido Hans el carretero. Cuenta la leyenda que Hans le regaló al casarse un camino que elevaría al cielo a Jesús. De recompensa se le ofreció el reino de los cielos pero prefirió la unidad de todas las tierras de este a oeste a través de toda la eternidad. Se le concedió su deseo y aquí se sienta en el más alto de los caballos gobernando su carro.

Mitología hindú. Las siete estrellas de la Osa Mayor,los siete Richis o siete sabios, estaban casados con las siete hermanas de las Pléyades. Después de los rumores de su infidelidad los Rishis desterraron a sus esposas. Sólo Arundhati (Alcor), una esposa ejemplar, permaneció con su marido, Vashishta (Mizar). Dicha estrella simboliza la fidelidad en el matrimonio.

Mitologia griega y romana. Los antiguos griegos llamaban a esta constelación Arktos, una palabra que significa "oso" (que es donde proviene nuestra palabra "Ártico"). Hay una vieja historia que cuenta que Alcor fue la Pléyade perdida Electra, que se había alejado aquí de sus compañeros convirtiéndose en Alopex, el Zorro (en latín eques Stellula). El mito griego sobre la Osa Mayor, dice que Hera, esposa de Zeus, estaba celosa de éste por una doncella llamada Calisto, y así Hera convirtió a Calisto en un oso, y Zeus colocó Calisto y el hijo que tuvo con ella, Arcas (que se convirtió en la Osa Menor) en el cielo. Los romanos adornaron un poco la historia y así Júpiter al subir a los cielos a Calisto y por temor a los dientes la levantó por la cola que se extendió debido a su peso y la distancia de la tierra al cielo (por eso la osa mayor se representa con una cola larga cuando los osos no tienen cola). Enojada porque el oso se puso en el cielo, Juno pidió a su hermano Neptuno que éste no dejara jamás el reino de los cielos, y es por esta razón por la que está siempre sobre el horizonte en Europa (siempre es visible todo el año durante toda la noche).


Arriba, la imagen clásica de la osa mayor con su cola larga (Alcor queda señalada). Abajo, una manera más actual de verla, en la que Alcor es el ojo de la Osa Mayor

Mitología anglosajona. Para los ingleses (aún en la actualidad) la osa mayor es un arado. Dicho dibujo lo usaron los norirlaneses para crear su "Starry Plough” una bandera nacionalista del partido republicano socialista irlandés. En la leyenda artúrica la osa mayor era el carro de Arturo, y Alcor fue Jack el “caballero de poca estrella”, cabalgando sobre el Caballo del medio (mizar). La forma de “arco” que tiene el mango lleva directamente a la constelación de Arturo (de ahí que se diga “seguid con el arco a Arcturus”)


El arado o plough inglés

Mitología de los indios nativos americanos. Según algunas leyendas indígenas de América, el tazón de la Osa Mayor es un oso gigante y las estrellas del mango son tres guerreros que lo persiguen. Cuando es otoño la constelación está baja en el cielo de la noche, por lo que se dijo que los cazadores habían herido al oso y su sangre había causado que los árboles cambien su color a rojo. Uno de los cazadores llevó a su perro, por lo que Mizar es un cazador y Alcor es su perro.

Las pléyades

En astronomía, las Pléyades o Siete Hermanas son un cúmulo abierto de estrellas tipo B situado en la constelación de Tauro. Es uno de los cúmulos de estrellas más cercanos a la Tierra y es el grupo más evidente a la simple vista en el cielo nocturno. Son tan únicas que John Michell calculó en 1767 que la probabilidad de un alineamiento de tantas estrellas brillantes era sólo 1 de cada 500.000. Se localizan continuando la línea que hacen las tres estrellas del cinturón de orión, hacia el norte (de ahí que en la mitología romana las persiguieron todos los dioses del olimpo y aún en nuestros días la constelación de Orión todavía las persigue en el cielo nocturno). Las Pléyades tienen varios significados en diferentes culturas y tradiciones.

¿Seis o siete estrellas?

Se pueden reconocer a simple vista fácilmente seis estrellas, aunque se les representa como siete en muchas culturas, cosa no totalmente aceptada; por ejemplo, en el valle del Indo, el número de las Pléyades es de seis. Por eso fue común utilizarlas entre los pueblos indígenas de las Américas para medir la agudeza visual por el número de estrellas que el espectador podía ver en las Pléyades, una práctica que también se utilizó en la antigua Grecia.


Arriba, un esquema de como localizar las pléyades. Abajo, una imagen aumentada de las mismas.

Leyendas sobre las siete hermanas

Muchas son las leyendas sobre porqué se ven sólo seis de las siete hermanas, o porqué se ven seis la mayoría del tiempo. La mitología griega explica este desfase diciendo que una de las estrellas no es fácil de ver debido a su vergüenza por estar enamorada de un mortal. Los egipcios dicen que una estrella está oculta: como consecuencia de esto algunas pinturas de la cabaña celeste, por ejemplo, en la tumba del maihirpre y en la tumba del neferati, una de las vacas (la representación típica de hathor, la diosa que rige el movimiento de los astros) tiene un abrigo negro, por eso no podemos verla nada más que cuando se quita su abrigo en verano (cuando es más visible). En la India este grupo se llama el nakshatra Krittika; y son las seis esposas de las estrellas rishis de la Osa Mayor (historia ya comentada). Se les consideran las seis madres del dios de la guerra Skanda, que desarrolló seis caras, una para cada uno de ellas. Otras culturas que conocen las pléyades: Los maoríes (Matariki), los aborígenes australianos, los persas (Parveen), los vikingos (las llamaban las gallinas o pollitos de Freyia), los chinos, los mayas (Tzab-ek), los aztecas (Tianquiztli, los cuales basaron su calendario en ellas). La marca japonesa de automóviles Subaru deriva su nombre de la agrupación (literalmente quiere decir pléyades), que está representada por seis estrellas en su logotipo corporativo.

Otros cuerpos celestes que ponen a prueba aún más la agudeza visual

La constelación del Lince

El lince (o Lynx) es una constelación del Hemisferio norte, introducido en el siglo XVII por Johannes Hevelius alrededor del año 1660 sin tratar de identificar ningún animal en concreto, simplemente parece que había comentado que quien quisiera estudiar las estrellas en esta zona del cielo, "debería tener ojos de lince". El origen del nombre se debe a la poca luminosidad de sus astros, ya que la estrella más luminosa tiene una magnitud de 3,14 (lo máximo que se supone puede diferenciar un ojo humano en un cielo despejado es 5-6 y en nuestro cielos polucionados, con suerte entre 3 y 4); más que por la forma, que es más una línea zigzagueante. Para localizar al Lince hay que buscar entre dos constelaciones muy luminosas, la Osa Mayor y la Auriga.


La constelación del lince, justo debajo de la osa mayor y cerca de la Auriga

Identificación de las fases de Venus

El famoso matemático Gauss cuenta que una vez invitó a su madre a contemplar con un telescopio a Venus por la tarde. El matemático pensaba darle una sorpresa, pues por el telescopio Venus se veía en forma de hoz. Sin embargo, él fue el único sorprendido. Mirando a través del ocular, la madre no sólo no mostró ninguna sorpresa, sino que dijo que le extrañaba ver por el telescopio la hoz dirigida hacia el lado opuesto... Gauss nunca había sospechado que su madre pudiera distinguir las fases de Venus, incluso a simple vista. Tal agudeza visual se encuentra muy raramente (posiblemente mayor de 1.5 decimal); por esto, hasta la invención de los catalejos, prácticamente nadie sospechaba de la existencia en Venus de fases semejantes a las de la Luna. Una particularidad de las fases de Venus es que el diámetro del planeta en las distintas fases es desigual: la delgada hoz tiene un diámetro mucho mayor que el disco.

Las fases de Venus. En las diferentes fases, Venus tiene distintos diámetros aparentes como consecuencia del cambio de su distancia a la Tierra.

La agudeza visual en la era moderna

  • En 1623 Daza de Valdés describe un método basado en comparar el tamaño aparente de dos círculos de diferentes diámetros colocando lentes hasta verlos iguales (en casos de hipermetropía) y en la capacidad para resolver semillas de mostaza a los lados de una estrella (en casos de miopía). Se puede considerar como el método pionero de medición de AV moderna.
  • En 1843 Küchler, un oftalmólogo alemán, desarrolló una serie de tres cuadros con letras para reconocerlas, pero su trabajo fue olvidado casi por completo.
  • En 1854 Jaeger publicó una serie de lectura de muestras para documentar la visión funcional. Ha publicado dichas muestras en alemán, francés, inglés y otros. Él usó las fuentes que estaban disponibles en la casa del estado de impresión en Viena.
  • En 1861, Donders acuñó el término de agudeza visual para describir la capacidad visual y se define como la relación entre el rendimiento de un sujeto y un rendimiento estándar.
  • En 1862 Snellen publicó su famosa tabla de optotipos. Su decisión más importante no era utilizar tipografías existentes, sino el diseño de objetivos especiales, que él llamó optotipos. Esto fue crucial, ya que era una medida estándar de física para reproducir la tabla. Snellen definió la agudeza visual como la capacidad de reconocer a uno de sus optotipos cuando subtiende 5 minutos de arco, con lo que el optotipo sólo puede ser reconocido si la persona que lo lee puede discriminar un patrón espacial separadas por un ángulo visual de 1 minuto de arco.
  • En 1868 John Green dió argumentos convincentes de la necesidad de la normalización de las pruebas de visión y fabricó cartas de optotipos para evitar memorización y dio un conjunto de instrucciones estándar, con gran similitud al ETDRS actual (ver imagen abajo). Sin embargo, se adelantó a su tiempo casi un siglo. Su obra es olvidada casi en su totalidad.
  • En 1875, Monoyer (de Lyon) introdujo la notación decimal (y el concepto de dioptría) que se utiliza en gran parte de Europa hoy en día.
  • En 1888 Landolt (en París) propuso su símbolo de anillo roto, que se ha convertido en un estándar en el laboratorio.
  • En 1959, Louise Sloan (del Instituto de Wilmer en Baltimore) diseñó un nuevo conjunto de no- letras serif. También introdujo el término " unidad M " para hacer la definición de Snellen menos detallada.
  • En 1976, Bailey y Lovie (entonces en Melbourne) propusieron un nuevo diseño con espacio proporcional y cinco letras en cada línea. Aún se usa su modelo para baja visión
  • En 1982, el National Eye Institute combinó el conjunto de la carta Sloan con el diseño de Bailey-Lovie para producir gráficos para su uso en el estudio del tratamiento precoz de la retinopatía diabética. Estas cartas se conocieron como las tablas del ETDRS e hizo mucho para popularizar el nuevo formato. La amplia aceptación de las normas ETDRS, a su vez, dio lugar a mejoras en las tarjetas utilizadas para el rango de baja visión. Hoy en día se considera el Golden Estándar en cuanto a agudeza visual se refiere.


Arriba: El test de optotipos de Snellen Abajo, y de izquierda a derecha: el test de John Green y el ETDRS actual. Nótese la gran similitud entre ambos

Y con este test terminamos nuestro recorrido. Si tenéis curiosidad por comprobar vuestras agudezas visuales como hicieron nuestros antepasados no tenéis más que mirar al cielo y buscar al jinete y al caballo o a la séptima hermana perdida, y si lo véis poco reto intentad ver al lince o los “cuernos” de venus. Nos vemos en la próxima entrada.

BONUS: El test de optotipos chino.

Como curiosidad os cuento un intento de un oftalmólogo chino y su equipo (Zhang y colaboradores) en 2007 de hacer un test de agudeza visual unificado basado en los caracteres chinos, que fuera repetible y con resultados equivalentes en valor al tomado a través de los optotipos clásicos, sobre todo para lectura (ya que la gran mayoría de los chinos no conocen nada más que su idioma). Su sistema se basó en dividir varios de los diferentes símbolos del chino (tiene más de 2500 caracteres de los que se usan con frecuencia) en diferentes órdenes de dificultad, clasificándolos en base a la complejidad del dibujo en cuestión. Contó hasta seis niveles de dificultad para dichos optotipos.

Los optotipos de Zang comparados con los caracteres Sloan.

Los resultados que obtuvieron fueron satisfactorios, pudiendo corresponder las agudezas visuales así medidas con las del test de agudeza visual de lectura occidentales. Si queréis leer el estudio completo, lo tenéis aquí.

Fuentes: