ojo de insecto vs. ojo humano
Si has acechado plagas de seis patas y te has frustrado por lo difícil que es saltar sobre ellas, aquí está el porqué: no puedes acercarte sigilosamente a los insectos. No importa de qué dirección vengas, pueden verte y tomar medidas evasivas. Sus ojos abultados y convexos, cada uno con miles de mini-ojos, dan a los insectos una visión envolvente. En esa capacidad, la visión humana no puede competir, pero nuestros ojos ofrecen una imagen mucho más profunda y detallada de nuestro entorno. Hoy en día, algunos investigadores se esfuerzan por avanzar en la tecnología visual artificial combinando lo mejor de ambas formas de ver.
Acerca de la visión
En un ensayo sobre las diferencias entre la visión humana y la animal, Jonathan T. Erichsen y J. Margaret Woodhouse de la Escuela de Optometría de Cardiff advierten, «Nunca debemos cometer el error de pensar que sólo nosotros vemos el mundo como realmente es». La capacidad de visión es común a casi todas las criaturas vivientes y a pesar de las adaptaciones para las diferentes circunstancias, la vista ayuda a los animales y a las personas a reconocer las necesidades de la vida: alimento, peligro, compañeros y refugio. En su libro de 2004 «En un abrir y cerrar de ojos», el zoólogo de Oxford Andrew Parker sostiene que la evolución de los ojos complejos, que describe como «el acontecimiento más dramático de la historia de la vida», aceleró la evolución de las especies hace más de 540 millones de años.
Ojos Humanos
Cuando enfocamos nuestros ojos en algo y lo «vemos», el proceso se siente instantáneo pero en realidad es el resultado de una compleja serie de acciones. Como explica Macalester College, cuando la luz entra en nuestros ojos, la córnea la proyecta sobre la retina en la parte posterior del globo ocular. Después de que el patrón es analizado por las células conectadas al cerebro, el lóbulo occipital traduce esa información en imágenes que nuestra mente consciente puede interpretar. Nuestros ojos que miran hacia adelante sobresalen en la percepción de profundidad y el discernimiento de los detalles, pero son sensibles sólo a un estrecho rango de longitudes de onda, no funcionan bien con poca luz y son inútiles para detectar depredadores que se aproximan por detrás.
el ojo es un órgano que detecta la luz y es la base del sentido de la vista. Su función consiste básicamente en transformar la energía lumínica en señales eléctricas que son enviadas al cerebro a través del nervio óptico. Funciona de forma muy similar al de la mayoría de los vertebrados y algunos moluscos; posee una lente llamada cristalino, que es ajustable según la distancia; un diafragma, que se llama pupila, cuyo diámetro está regulado por el iris, y un tejido sensible a la luz, que es la retina. La luz penetra a través de la pupila, atraviesa el cristalino y se proyecta sobre la retina, donde se transforma, gracias a unas células llamadas fotorreceptoras, en impulsos nerviosos que se trasladan, a través del nervio óptico, al cerebro.
Su forma es aproximadamente esférica, mide 2,5 cm de diámetro y está lleno de un gel transparente llamado humor vítreo que rellena el espacio comprendido entre la retina y el cristalino.
¿Sabes cuántas veces puede parpadear una persona por minuto? ¡17 veces! En total son 14.000 parpadeos al día y 5,2 millones al año. Otro dato curioso es que se parpadea más al hablar con otras personas y menos cuando leemos.
En la porción anterior del ojo se encuentran dos pequeños espacios: la cámara anterior que está situada entre la córnea y el iris, y la cámara posterior que se ubica entre el iris y el cristalino. Estas cámaras están llenas de un líquido que se llama humor acuoso, cuyo nivel de presión (presión intraocular) es muy importante para el correcto funcionamiento del ojo.
Para que los rayos de luz que penetran en el ojo se puedan enfocar en la retina, se deben refractar. La cantidad de refracción requerida depende de la distancia del objeto al observador. Un objeto distante requerirá menos refracción que uno más cercano. La mayor parte de la refracción ocurre en la córnea, que tiene una curvatura fija. Otra parte de la refracción requerida se da en el cristalino. El cristalino puede cambiar de forma, aumentando o disminuyendo así su capacidad de refracción. Al envejecer, el ser humano va perdiendo esta capacidad de ajustar el enfoque, deficiencia conocida como presbicia o vista cansada.
Ojos de insecto
A diferencia de los ojos humanos insertados, los ojos compuestos de los insectos se «insinúan» hacia afuera, permitiéndoles ver en todas las direcciones simultáneamente. Los ojos de los insectos generalmente contienen entre 3.000 y 9.000 ommatidia, o unidades ópticas, aunque los insectos que se lanzan como libélulas pueden tener hasta 25.000 en cada ojo. Cuantos más ommatidia, mejor resolución de imagen, pero a diferencia de los ojos humanos, los insectos tienden a percibir formas y contornos en lugar de detalles nítidos. Los ojos humanos son incapaces de detectar las longitudes de onda más cortas de la luz ultravioleta, pero muchos insectos, incluidas las abejas, pueden hacerlo. Según el experto australiano en abejas Adrian Dyer, para atraer a las abejas, ciertas flores han desarrollado patrones que sólo son visibles para las criaturas con visión de luz ultravioleta.
La visión de los insectos
Aunque los ojos compuestos creen numerosas imágenes parciales, el cerebro de los insectos podría elaborar una representación nítida y única.
Numerosos insectos emplean la vista para localizar el alimento, la pareja sexual, el nido, las posibles presas y los eventuales enemigos. Los adultos presentan dos tipos de órganos visuales: los ojos simples (ocelos) y los compuestos. La mayoría de los insectos poseen dos ojos compuestos, que pueden coexistir con los ocelos, estos últimos generalmente en número de tres.
Los ojos simples son una estructura muy rudimentaria y carecen de mecanismo de enfoque; no crean una verdadera imagen de los objetos, tan solo distinguen diferencias en la intensidad de la luz. Su función consiste en activar y desactivar determinados mecanismos fisiológicos del organismo.
Los ojos compuestos son órganos sensoriales mucho más complejos, capaces de generar en el cerebro de los insectos imágenes que revelan la forma y el color de los objetos. Están formados por la agregación de omatidios, cuyo número oscila mucho según las especies. En los distintos géneros de hormigas varía entre 6 y 1000; la mosca doméstica posee unos 4000; la abeja, unos 6000; las mariposas, entre 10.000 y 30.000, según la especie; y las libélulas, más de 40.000.
Los omatidios se hallan separados unos de otros por medio de una capa de pigmento, de modo que cada uno de ellos se comporta como un ojo independiente. Así, una imagen completa se obtiene a partir de la suma de las imágenes parciales recogidas por la totalidad de los omatidios. Como resultado, los insectos logran una visión con más grano y menor definición que la que proporciona el ojo de los animales superiores, aunque la resolución final depende del número de omatidios. Los insectos dotados de decenas de miles de omatidios (mariposas y libélulas) consiguen una agudeza visual excelente.
Las últimas investigaciones desarrolladas en este campo hacen pensar que, del mismo modo que en los vertebrados la información procedente de los dos nervios ópticos es analizada en el cerebro para ofrecer una imagen única, quizás en los insectos suceda algo semejante, y el resultado final de la visión de un ojo compuesto no sea tan granulado como cabría esperar. El ojo del insecto crea miles de imágenes parciales, pero tal vez su cerebro elabore, a partir de éstas, una representación cromática nítida y única.
"En los insectos hay dos tipos de receptores visuales, los OCELOS (llamados también ojos simples) y, el más conocido OJO COMPUESTO. Hay que tener en cuenta que, aunque pueden faltar unos u otros, son muchas las especies que tienen ambos."
ojos simples (ocelos)
Definición:
"Órgano visual (ojo simple) de los artrópodos, formado por un grupo de células fotosensibles, mediante el cual el animal percibe la luz pero no la imagen de los objetos. Orgánulo visual, de mayor complicación estructural que un estigma, presente en algunas peridiniáceas y de marcado carácter animal. Proceso mastoideo aplanado de las valvas de ciertas diatomeas céntricas. Lunarcito o mancha redondeada a modo de un pequeño ojo."
Como bien comentamos en nuestra definición, la palabra ocelo es comúnmente usado para hacer referencia a todas las pequeñas manchas que tienen forma de ojo. Cosa común en insectos (especialmente en mariposas), peces y anfibios.
Pero el significado verdaderamente importante de esta palabra, es el que se encuentra en la primera parte de la definición. Se trata de un órgano visual muy primitivo, una reunión de células fotosensibles, que permiten al animal (artrópodos) captar la presencia de luz, pero no presencia de objetos, solo luz y sombra. Los ojos primitivos de otros animales como los cnidarios también son conocidos como ocelos, pero nos centraremos en los ocelos de artrópodos.
La mayoría de los insectos tienen dos ojos compuestos y tres ojos simples localizados en la parte superior de la cabeza. El número y la forma es muy variable, siendo comúnmente más grande en los insectos voladores, especialmente en abejas, avispas, libélulas y saltamontes. La estructura de estos ocelos esta compuesta por una lente (cornea) y una capa de bastones, células fotoreceptoras capaces de captar la luz. Ambas pueden estar en contacto o separadas por un espacio llamado humos vítreo.
Los ocelos son estructuras fotorreceptoras sencillas y suelen ser tres, dispuestas formando un triángulo y, situadas en la parte superior de la cabeza del animal, entre los ojos compuestos. Pueden variar en número, tamaño y forma y, en algunos grupos como los himenópteros, son especialmente visibles a simple vista. Estos ojos simples carecen de mecanismo de enfoque y son incapaces de generar una imagen, por lo que pensamos que tienen únicamente la función de captar la intensidad luminosa del lugar en el que se encuentran (también se ha mencionado la posibilidad de que puedan regular la sensibilidad del ojo compuesto). El ocelo cuenta con una lente (córnea) y una capa de células fotorreceptoras (bastones). Ambas capas pueden estar directamente en contacto o estar separadas por un espacio denominado humor vítreo.
"Existen más de 110,000 especies de moscas que revolotean por el mundo, desde moscas de la fruta hasta moscas domésticas y moscas de la carne, cada una con sus propios hábitos y hábitats."
Ojos compuestos
A lo largo de la evolución la naturaleza ha probado de todo. La mayoría de seres pluricelulares y algunos unicelulares tienen algún tipo de mecanismo mediante el cual son capaces de apreciar las intensidades de luz. La recepción de luz supone una gran inversión de la energía del organismo por lo que hay que sacarle un buen provecho. Muchos de los seres vivos utilizan la luz de forma clave en su vida, las plantas se orientan con el sol para captar los rayos más beneficiosos para ellas, mientras que los animales perciben la luz y las sombras para saber por dónde moverse.
Dentro de las muchas variaciones que existen de los receptores de luz los ojos son la más extendida dentro del reino Animalia. Sin embargo la complejidad de estructuras que se han creado y su utilización son muy diversas. Los ojos compuestos están presentes tanto en insectos como en el resto de los grupos de Artrópodos, el Filo con más éxito dentro de los animales y otros animales como los moluscos o los anélidos, presentan ojos compuestos, aunque no tan importantes en su estructura corporal como en los insectos. Los artrópodos poseen tanto con ojos compuestos, como simples. Normalmente los insectos cuentan con un par de ojos compuestos en posición dorso-lateral de su cabeza. Mientras que los ojos simples, denominados ocelos, se encuentran en la parte superior de la cabeza, dependiendo de la especie pueden tener 2 o 3 ocelos.
Los ojos compuestos no son una simple agrupación de ojos simples. Este órgano visual está formado por entre 12 y hasta 6.000 unidades receptivas, los omatidios. El número de omatidios varía entre las diferentes especies de insecto. Estas estructuras están formadas por una lente y un rabdómero (células receptoras agrupadas que se sitúan en paralelo unas de otras).
El protocerebro, región del cerebro de los insectos que recibe y procesa la información ocular obtiene una imagen en mosaico, no una gran cantidad de imágenes múltiples. La ventaja del ojo compuesto reside en su capacidad para detectar movimientos muy rápidos, acordes con los rápidos movimientos de los insectos. La forma casi esférica de los ojos compuestos les permite obtener información en un ángulo de visión muy superior, además los ojos compuestos en general permiten ver en un rango de luz superior al visible (dependiendo de la especie son capaces de ver en el infrarrojo y/o en el ultravioleta), incluso son capaces de diferenciar la polarización de la luz. Por contrapartida los ojos compuestos al no poseer una lente central no son capaces de una gran resolución de imagen, ven borroso.
Uno de los animales más curiosos respecto a los ojos compuestos es una estrella de mar, Ophiocoma wendtii, cuya especie tiene el cuerpo recubierto de omatidios y por lo tanto tiene una visión completa de todo lo que pasa a su alrededor, literalmente.
Existe varios tipos de ojos compuestos, de aposición y de superposición, las diferencias entre ellos dependen de cómo hacen incidir la luz sobre la retina.
El ojo compuesto está formado por unidades visuales de morfología cónica y denominadas omatidios. Cada uno de ellos cuenta con su propia lente y su disposición hace que, en conjunto, el ojo adquiera un aspecto reticulado cuando se observa de cerca. Cada omatidio compone su imagen y manda su propia señal al cerebro. La imagen final es la resultante de la de la suma de las obtenidas con cada uno de los omatidios que forman el ojo. Los insectos que se desplazan a gran velocidad, y que son capaces de detectar movimientos mínimos, cuentan con un elevado número de omatidios. Las libélulas y caballitos del diablo, con una dependencia casi total de la vista (antenas pequeñas => tacto y olfato poco desarrollados) pueden tener hasta 30.000 en cada ojo.
La vista de las moscas
investigadores canadienses han construido una red neuronal que replica el complejo sistema visual de la mosca de la fruta y que es capaz de distinguir e identificar a otras moscas con una precisión superior a la del ojo humano.
Los investigadores combinaron la experiencia en biología de la mosca de la fruta con el aprendizaje automático para construir un algoritmo biológico que se construye a través de videos de baja resolución sobre moscas de la fruta. Así comprobaron que es físicamente posible que un sistema artificial logre la difícil tarea de replicar el sistema visual de un insecto.
Las moscas de la fruta tienen pequeños ojos compuestos que toman una cantidad limitada de información visual. Un ojo compuesto agrupa entre 12 y varios miles de unidades receptivas. Estos tipos de ojos no tienen una lente central, lo cual implica una baja resolución de imagen. Asimismo, los ojos compuestos son capaces de detectar movimientos rápidos, ven un amplio rango de ángulos sólidos y en algunos casos, perciben la polarización de la luz. ​
Aunque se sabe que la imagen procesada por una mosca de la fruta (Drosophila melanogaster) solo es capaz de distinguir características muy amplias, un descubrimiento del año pasado estableció que estos insectos utilizan
sutiles trucos biológicos para mejorar la resolución de las imágenes.
"Si alguna vez te preguntaste por qué una infestación de moscas puede salirse de control tan rápido, la respuesta es el ciclo reproductivo extremadamente veloz. Una sola mosca de la frutapuede poner 500 huevos en toda su vida, y el ciclo vital desde el huevo hasta la adultez solo dura aproximadamente una semana."
Los investigadores consideran que esta habilidad potencia la vida social de las moscas, en la misma medida en que les permite reconocer con más facilidad a otras moscas y diferenciarlas de las demás, si bien al mismo tiempo añade una dificultad tecnológica para la replicación del sistema visual de estos insectos.
Por otro lado, se ha sabido también que la estructura del sistema visual de la mosca se parece bastante a las redes neuronales artificiales profundas, en las cuales las neuronas responden a campos receptivos de forma similar a como lo hacen las neuronas de la corteza visual primaria de un cerebro biológico.
Estas dos constataciones previas llevaron a los investigadores modelar un cerebro de mosca con capacidad de identificar a individuos de su misma especie. Esta red neuronal tiene la misma información teórica y capacidad de procesamiento que una mosca de la fruta, atributos que obtuvo procesando información de videos de una mosca durante dos días.
Buen resultado
Al tercer día, esta red neuronal artificial fue capaz de identificar a la misma mosca con una puntuación de 0,75 según el valor F, una media armónica que combina precisión y exhaustividad.
Los investigadores destacan que es un buen resultado, un poco por debajo de las puntuaciones que obtienen otras redes neuronales no basadas en cerebros biológicos, y muy superior a la obtenida en resultados de identificación de moscas por seres humanos (0,08). Esta red neuronal supera así la capacidad humana en esta habilidad.
“La idea de combinar modelos de aprendizaje profundo con redes neuronales puede informarnos sobre los modelos, sobre cómo las neuronas se comunican entre sí y sobre el animal en su totalidad. Eso es una especie de alucinante. Y es territorio inexplorado”, explica Joel Levine, uno de los investigadores.
Graham Taylor, otro de los artífices de este desarrollo, señala por su parte que “muchas aplicaciones de Deep Neural Network intentan replicar y automatizar habilidades humanas como el reconocimiento facial, el procesamiento del lenguaje natural o la identificación de canciones. Pero rara vez van más allá de la capacidad humana. Así que es emocionante encontrar un escenario en el que los algoritmos pueden superar a los humanos”.
Jonathan Schneider, otro de los autores de esta investigación, concluye: “proyectos como este son un escenario perfecto para que los neurobiólogos y los investigadores de aprendizaje automático trabajen juntos para descubrir los fundamentos de cómo cualquier sistema (biológico o de otro tipo) aprende y procesa la información”.
"las moscas domésticas no mastican. Las moscas no tienen partes en su boca que les permitan masticar. En cambio, escupen enzimas que convierten los alimentos sólidos en un líquido que pueden consumir."
La super vista de la cucaracha
Es como si generara una foto pixel a pixel en su cerebro.
Los sistemas sensoriales son imprescindibles para que los animales puedan sobrevivir en su entorno y reproducirse. De hecho, la adaptación a un entorno ventajoso para alguna especie animal solo es posible mediante la modificación de sus sistemas sensoriales. Esta puede conducir bien a un cambio en la importancia que un determinado sentido adquiere en detrimento de otro, bien, al contrario, en la mejora del sentido al que el nuevo entorno exige una eficacia superior. Por ejemplo, gatos y linces ven muy bien en condiciones de escasa luminosidad y, a diferencia de los murciélagos, no han desarrollado un sentido alternativo para adaptarse a ella, sino que han mejorado su visión nocturna.
Aunque las capacidades de algunos vertebrados son sorprendentes, estas palidecen con frecuencia cuando las comparamos a las capacidades de los insectos, de los que sin duda uno de los más conocidos es la cucaracha. Al margen de ser una de las pocas especies de artrópodos que tiene dedicada una canción para ella sola, estos bichos tienen habilidades que ya quisieran para sí algunos superhéroes o supervillanos. Algunas especies de cucarachas pueden aguantar la respiración por más de 40 minutos, otras pueden sobrevivir a intensas dosis de radiación (de ahí que se diga que tras el holocausto nuclear las cucarachas sobrevivirían), pueden subsistir comiendo papel y pegamento, o vivir durante semanas sin cabeza, lo que, hoy en día, solo está al alcance de algunos partidos políticos.
Las cucarachas suelen habitar lugares muy oscuros y, cuando se ven amenazadas, escapan hacia la oscuridad, lo que les confiere una ventaja solo si son capaces de detectar bajos niveles de intensidad lumínica con alta eficiencia. En efecto, estudios previos al que voy a relatar aquí ya habían determinado que sus omatidios, es decir, los ojos simples que forman el ojo compuesto de muchos insectos, y también de las cucarachas, están adaptados para captar muy poca intensidad de luz.
Sin embargo, seguía sin conocerse cuál era el límite inferior de intensidad de luz que puede detectar cada omatidio de las cucarachas para formar una imagen. Investigadores de la Universidad de Oulu, en Finlandia, sin duda una de las universidades más cercanas al Polo Norte, abordan esta interesante cuestión y realizan un descubrimiento sorprendente.
Antes de explicar lo que descubren y cómo lo hacen, me gustaría detenerme un momento para defender este tipo de investigaciones, que pueden parecer frías y anodinas a muchos. Investigar cómo el sistema nervioso de la cucaracha detecta la luz y la gestiona puede resultar importante, por ejemplo, para desarrollar robots o sistemas de visión nocturna que ayuden a orientarse en las profundidades de una cueva, o de una mina, y faciliten a los seres humanos tareas muy difíciles. Por tanto, estudiar cómo ven las cucarachas en la cuasi oscuridad, además de su interés puramente científico, puede tener importantes repercusiones tecnológicas.
"Como si no bastara con que las cucarachas sean uno de los seres vivos que más rápido se reproducen en nuestro planeta, ahora se están volviendo resistentes a los insecticidas."
Fotón a fotón
Para averiguar la sensibilidad del sistema visual de la cucaracha, los científicos desarrollan un dispositivo de realidad virtual sin gafas (ya que, obviamente, estos insectos no pueden llevarlas con facilidad, al carecer de orejas). El sistema consiste en poner a la cucaracha sobre una bola hueca de plástico fino, similar, aunque más grande, a esas que pueden verse en algunos antiguos dispositivos similares a los ratones de ordenador: las trackbal. Colocada sobre la bola, la cucaracha puede caminar sobre ella haciéndola girar. A una corta distancia alrededor de la bola se coloca una pantalla semiesférica, como si de una pantalla de cine curvada se tratara, sobre la que se proyecta un patrón de bandas luminosas y oscuras que se desplazan por su superficie. Este patrón móvil desencadena una respuesta refleja en la cucaracha que le induce a iniciar la marcha y a dirigirse hacia las bandas. Obviamente, lo único que hace la cucaracha es caminar sobre la bola quedándose en el mismo sitio (ver vídeo).
Para averiguar las respuestas del sistema nervioso de la cucaracha frente a los estímulos luminosos, los investigadores implantan un electrodo en uno de sus omatidios, el cual es capaz de detectar la actividad de las células fotorreceptoras cuando son alcanzadas por los fotones. Los científicos recolectan así datos de la actividad de las células fotorreceptoras en diferentes condiciones luminosas y lo hacen en un total de treinta cucarachas a las que someten al mismo procedimiento.
En ambientes lumínicos similares a los de una noche sin luna, los investigadores descubren que cada omatidio de la cucaracha absorbe un único fotón cada diez segundos, lo cual es realmente muy poca luz. A pesar de esto, aparentemente, las cucarachas ven bien y son capaces de detectar las tenues bandas proyectadas sobre la pantalla y de dirigirse hacia ellas.
El análisis de estos datos permite concluir a los investigadores que el sistema visual de la cucaracha almacena la información lumínica que le va llegando fotón a fotón para generar con ella una imagen a posteriori, es decir, una imagen compuesta de las pequeñas piezas de información que va almacenando con cada fotón. Es como si generara una foto pixel a pixel en su cerebro.
Así pues, sorprendentemente, la cucaracha dispone de su propio dispositivo de realidad virtual. Estos resultados, publicados en la revista Journal of Experimental Biology, nos revelan una nueva y extraordinaria capacidad de este repelente insecto, que tal vez nos haga dudar antes de intentar aplastarlo cuando lo veamos huyendo hacia la oscuridad.
"¿Sabías que las cucarachas liberan nitrógeno? Al igual que algunas bacterias y otros organismos, las cucarachas devuelven a los suelos parte del nitrógeno que de forma natural compone la tierra, favoreciendo así la incorporación de este nutriente en el crecimiento de las plantas y el mantenimiento general del ecosistema en el que aparecen."
Aplicaciones de la tecnología
Después de que Adrian Dyer descubrió que las abejas podían ser entrenadas para resolver problemas visuales, se dio cuenta de que el tamaño del cerebro no es necesariamente un indicador fiable de la capacidad funcional de los animales. En 2008 sugirió que los cerebros en miniatura de los insectos podrían ofrecer una visión más útil del desarrollo de la tecnología visual artificial que los complejos cerebros de los primates. En mayo de 2013, los ingenieros ópticos de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign dieron a conocer una validación de esta predicción: la primera cámara del mundo diseñada para imitar la forma en que los insectos perciben el mundo. Comparada con los ojos de la mayoría de los insectos, esta cámara es primitiva, capaz de tomar sólo fotos en blanco y negro con una resolución de 180 píxeles. Sin embargo, en última instancia, sus creadores tienen la intención de trabajar hasta la «experiencia completa de ojo de libélula».
Los ojos de los insectos también operan en alta resolución
Los insectos tienen una visión mucho mejor y pueden ver en un detalle mucho más grande de lo que se pensaba anteriormente, revela un nuevo estudio de la Universidad de Sheffield.
Los científicos han creído durante mucho tiempo que los insectos no verían imágenes finas. Esto se debe a que sus ojos compuestos consisten típicamente en miles de minúsculas "unidades de ojo" con tapa de lente, que juntas deben capturar una imagen pixelada de baja resolución del mundo circundante.
En contraste, el ojo humano tiene una sola lente, que se adelgaza y se abulta mientras enfoca los objetos de interés en una matriz de fotorreceptor de la retina, el 'chip de cámara' megapíxel dentro del ojo. Al cambiar activamente la forma de la lente, un objeto puede mantenerse en foco nítido, ya sea cerca o lejos. Como la lente en el ojo humano es bastante grande y la matriz fotorreceptora de la retina debajo está densamente empaquetada, el ojo captura imágenes de alta resolución.
Sin embargo, investigadores del Departamento de Ciencias Biomédicas de la Universidad de Sheffield, junto con sus colaboradores de Pekín, Cambridge y Lisboa, han descubierto que los ojos compuestos de insectos también pueden generar imágenes sorprendentemente de alta resolución, y que esto tiene mucho que ver con cómo las células fotorreceptoras dentro de los ojos compuestos reaccionan al movimiento de la imagen.
A diferencia del ojo humano, las miles de lentes diminutas, que forman la superficie característica del ojo compuesto, no se mueven o no pueden acomodarse. Pero los investigadores de la Universidad de Sheffield descubrieron que las células fotorreceptoras debajo de las lentes, en cambio, se mueven de forma rápida y automática dentro y fuera de foco, al mostrar la imagen del mundo que les rodea.
"las moscas perciben el sabor con las patas. Las moscas poseen sensores en sus tarsos, o patas, que las ayudan a determinar si ese sándwich sobre el que se acaban de posar será un bocadillo delicioso."
Este microscópico sensor de luz a base de \"espasmos\" es tan rápido que no podemos verlo a simple vista. Para registrar estos movimientos dentro de los ojos de insectos intactos durante la estimulación de luz, el investigador tuvo que construir un microscopio a medida con un sistema de cámara de alta velocidad.
Sorprendentemente, también encontraron que la manera en que el ojo compuesto de un insecto obtiene una imagen (o toma una instantánea) está sintonizada con sus comportamientos visuales naturales. Al combinar sus movimientos normales de cabeza y ojo con la resultante espiral microscópica de la célula fotorreceptora inducida por la luz, los insectos, como las moscas, pueden resolver el mundo en detalles mucho más finos de lo que fue predicho con su ojo compuesto, dándoles una visión hiperaguda.
El nuevo estudio, publicado en la revista eLife, cambia nuestra comprensión de la visión de los insectos y humanos y también podría ser utilizado en la industria para mejorar los sensores robóticos.
Mikko Juusola, profesor de Neurociencia de Sistemas en la Universidad de Sheffield y autor principal del estudio, dijo: \"Desde los humanos hasta los insectos, todos los animales con buena visión, independientemente de su forma o diseño de los ojos, ven el mundo a través de movimientos sacádicos rápidos y fijaciones de la mirada.
"Desde hace mucho tiempo se sabe que la rápida adaptación visual da lugar a que el mundo que nos rodea se desvanezca de la percepción a menos que movamos los ojos para cancelar este efecto. Por otra parte, los movimientos oculares rápidos deben desdibujar la visión por lo que ha permanecido un enigma como los fotorreceptores trabajar con los movimientos de los ojos para ver el mundo con claridad.
"Nuestros resultados demuestran que al adaptar la manera en que las células fotorreceptoras muestrea la información de la luz a los movimientos sacádicos de los ojos y las fijaciones de la mirada, la evolución ha optimizado la percepción visual de los animales"
Los hallazgos del estudio, financiado por el Consejo de Investigación de Biotecnología y Ciencias Biológicas (BBSRC), muestran que los fotorreceptores resuelven pequeños objetos en movimiento, incluso a altas velocidades, mucho mejores de lo que predice la óptica ocular compuesta y revelan los mecanismos detrás de esta notable hiperacuidad.
El profesor Juusola dijo: "Mediante el uso de ensayos electrofisiológicos, ópticos y de comportamiento con modelos matemáticos hemos demostrado que las moscas de la fruta (Drosophila) tienen una visión mucho mejor de lo que los científicos han creído en los últimos 100 años".
El equipo de científicos está ahora probando si procesos similares están ocurriendo en los ojos compuestos de otros insectos, y también en vertebrados.
"Los ocelos u ojos simples son un tipo de estructura óptica compuesta por una sola lente que está presente en muchos tipos de animales, sobre todo en insectos. Se denominan ojos simples para distinguirlos de los ojos compuestos que cuentan con varias lentes o estructuras receptoras (omatidios). En los insectos voladores es común que aparezcan tripletes de ojos simples, dos laterales que se dirigen a la izquierda y derecha respectivamente, y uno central hacia el frente."
LA VISTA EN LOS INSECTOS. OCELOS Y OJOS COMPUESTOS
En los insectos hay dos tipos de receptores visuales, los OCELOS (llamados también ojos simples) y, el más conocido OJO COMPUESTO. Hay que tener en cuenta que, aunque pueden faltar unos u otros, son muchas las especies que tienen ambos.
Los ocelos son estructuras fotorreceptoras sencillas y suelen ser tres, dispuestas formando un triángulo y, situadas en la parte superior de la cabeza del animal, entre los ojos compuestos. Pueden variar en número, tamaño y forma y, en algunos grupos como los himenópteros, son especialmente visibles a simple vista. Estos ojos simples carecen de mecanismo de enfoque y son incapaces de generar una imagen, por lo que pensamos que tienen únicamente la función de captar la intensidad luminosa del lugar en el que se encuentran (también se ha mencionado la posibilidad de que puedan regular la sensibilidad del ojo compuesto). El ocelo cuenta con una lente (córnea) y una capa de células fotorreceptoras (bastones). Ambas capas pueden estar directamente en contacto o estar separadas por un espacio denominado humor vítreo.
El ojo compuesto está formado por unidades visuales de morfología cónica y denominadas omatidios. Cada uno de ellos cuenta con su propia lente y su disposición hace que, en conjunto, el ojo adquiera un aspecto reticulado cuando se observa de cerca. Cada omatidio compone su imagen y manda su propia señal al cerebro. La imagen final es la resultante de la de la suma de las obtenidas con cada uno de los omatidios que forman el ojo. Los insectos que se desplazan a gran velocidad, y que son capaces de detectar movimientos mínimos, cuentan con un elevado número de omatidios. Las libélulas y caballitos del diablo, con una dependencia casi total de la vista (antenas pequeñas => tacto y olfato poco desarrollados) pueden tener hasta 30.000 en cada ojo.
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"El protocerebro, región del cerebro de los insectos que recibe y procesa la información ocular obtiene una imagen en mosaico, no una gran cantidad de imágenes múltiples. La ventaja del ojo compuesto reside en su capacidad para detectar movimientos muy rápidos, acordes con los rápidos movimientos de los insectos."
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