visión binocular

En la suma binocular, las señales de ambos ojos se refuerzan mutuamente ^{[ 1 ]} , lo que mejora la agudeza visual , la sensibilidad al contraste, la sensibilidad al parpadeo y la sensibilidad al brillo. ^{[ 2 ]} La suma binocular máxima se produce cuando las sensibilidades de cada ojo son iguales. Las diferencias de sensibilidad disminuyen el efecto de la suma binocular. El efecto de la suma binocular disminuye con la edad. ^{[ 3 ]}

En la inhibición binocular, la visión con ambos ojos es peor que con uno solo. Esto puede ocurrir con el estrabismo o el ojo vago , ya que el ojo más débil interfiere con el más fuerte. ^{[ 1 ]} La dominancia ocular , donde la imagen producida por un ojo en el cerebro puede suprimir la del otro, es una forma de inhibición binocular.

Las anomalías de la visión binocular se encuentran entre los trastornos visuales más comunes. Suelen ir acompañadas de síntomas como dolor de cabeza, fatiga ocular , dolor ocular, visión borrosa y, ocasionalmente, diplopía (visión doble). ^{[ 5 ]} Aproximadamente el 20 % de los pacientes que acuden a una clínica de optometría presentan defectos de la visión binocular. ^{[ 5 ]} A medida que el uso de ayudas digitales se vuelve más común, muchos niños las utilizan durante un período de tiempo significativo. Esto puede provocar diversos defectos de la visión binocular, como amplitudes de acomodación reducidas, potencias de acomodación y convergencia fusional positiva, tanto de cerca como de lejos. ^{[ 6 ]} La forma más eficaz de diagnosticar defectos visuales es mediante la prueba del punto próximo de convergencia (NPC). ^{[ 5 ]} Durante la prueba NPC, se acerca un objeto, como un dedo, al rostro hasta que el examinador observa que un ojo se desvía hacia afuera y/o la persona experimenta visión doble. ^{[ 5 ]} Los defectos binoculares pueden compensarse hasta cierto punto mediante adaptaciones del sistema visual. Sin embargo, si las desviaciones de la visión binocular son demasiado grandes (por ejemplo, si el sistema visual tiene que adaptarse a desviaciones horizontales, verticales, torsionales o de tamaño ( aniseikónicas ) excesivas), los ojos tienden a evitar la visión binocular, lo que finalmente causa o empeora el estrabismo.

La ambliopía o ojo vago es un trastorno del desarrollo neurovisual . Esta afección se caracteriza por el subdesarrollo de varias características y habilidades visuales, como la agudeza visual, los movimientos oculares, la coordinación ocular y la percepción binocular de la profundidad .

El estrabismo es una afección ocular en la que los ojos no miran en la misma dirección.

Se sabe desde hace tiempo que la visión binocular completa, incluida la estereopsis, es un factor importante para estabilizar el resultado postoperatorio de las correcciones de estrabismo. Muchas personas con falta de estereopsis tienen (o tuvieron) estrabismo visible, lo que tiene un impacto socioeconómico potencial en niños y adultos. Tanto el estrabismo de ángulo amplio como el de ángulo estrecho, en particular, pueden afectar negativamente la autoestima porque interrumpen el contacto visual normal, lo que a menudo provoca vergüenza, enojo y sentimientos de incomodidad ^{[ 7 ]} (ver efectos psicosociales del estrabismo ).

La aniseiconia es una afección ocular en la que existe una diferencia significativa en el tamaño de las imágenes retinianas de ambos ojos, causada por diferencias en la refracción entre ellos.

En las pruebas de estereopsis (abreviadas como estereotests), se utilizan estereogramas para medir la presencia y la nitidez de la percepción binocular de profundidad (estereopsis).

Existen dos tipos de pruebas clínicas comunes: la estereopsis de puntos aleatorios y la estereopsis de contornos. La estereopsis de puntos aleatorios utiliza imágenes de figuras estereoscópicas incrustadas en un fondo de puntos aleatorios. Las pruebas de estereopsis de contornos utilizan imágenes en las que los objetos presentados a cada ojo están separados horizontalmente. ^{[ 8 ]}

La terapia visual es un tratamiento controvertido para mejorar la estereopsis. Se han dado casos de mejoras espontáneas e inesperadas de la estereopsis, por ejemplo, al ver una película en 3D en el cine, lo que ha mejorado permanentemente la percepción estereoscópica de un individuo. ^{[ 11 ]}

Para mantener la estereopsis y la visión única, los ojos deben apuntar con precisión. La posición de cada ojo está controlada por seis músculos extraoculares . Pequeñas diferencias en la longitud, la posición de inserción o la fuerza de los mismos músculos en ambos ojos pueden provocar que un ojo tienda a desviarse a una posición diferente en su órbita con respecto al otro, especialmente cuando uno está cansado. Esto se conoce como foria. Una forma de detectarla es con la prueba de oclusión-desoclusión . En esta prueba, se cubre un ojo de la persona. Con el ojo descubierto, la persona mira un objetivo, como la punta de un dedo. El objetivo se mueve para romper el reflejo que normalmente mantiene el ojo cubierto en la posición de vergencia correcta. El objetivo se mantiene fijo antes de descubrir el ojo. El ojo puede moverse rápidamente desde una posición desviada o bizca hasta su posición correcta. Si el ojo se movió de afuera hacia adentro, la persona tiene esoforia . Si se movió de adentro hacia afuera, la persona tiene exoforia . Si el ojo no se movió en absoluto, la persona tiene ortoforia . La mayoría de las personas presentan cierto grado de exoforia o esoforia, lo cual es normal. Si el ojo descubierto también se mueve verticalmente, la persona presenta hiperforia (si el ojo se mueve de abajo hacia arriba) o hipoforia (si el ojo se mueve de arriba hacia abajo). Estas forias verticales son bastante raras. También es posible que el ojo cubierto rote en su órbita, lo que se conoce como cicloforia , que es más rara que las forias verticales. La prueba de cubrir y descubrir el ojo puede utilizarse para determinar la dirección de la desviación en las cicloforias. ^{[ 12 ]}

La prueba de cubrir-descubrir también se puede utilizar para trastornos más problemáticos de la visión binocular, las tropias . En la parte de cubrir de la prueba, el examinador mira el primer ojo mientras cubre el segundo. Si el ojo se mueve de adentro hacia afuera, la persona tiene exotropía . Si se movió de afuera hacia adentro, la persona tiene esotropía . Las personas con exotropía o esotropía tienen los ojos bizcos o desviados, respectivamente. Estas son formas de estrabismo que pueden estar acompañadas de ambliopía . Hay numerosas definiciones de ambliopía. ^{[ 1 ]} Una definición que incorpora todas estas define la ambliopía como una condición unilateral en la que la visión es peor que 20/20 en ausencia de cualquier anomalía estructural o patológica obvia, pero con una o más de las siguientes condiciones que ocurren antes de la edad de seis años: anisometropía ambliogénica , esotropía o exotropía unilateral constante, isometropía bilateral ambliogénica, astigmatismo unilateral o bilateral ambliogénico , degradación de la imagen. ^{[ 1 ]} Cuando el ojo cubierto es el ojo no amblíope, el ojo amblíope se convierte repentinamente en el único medio de visión de la persona. El estrabismo se revela por el movimiento de ese ojo para fijar la mirada en el dedo del examinador. También existen tropias verticales ( hipertropía e hipotropía ) y ciclotropias .

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

Que los animales posean la capacidad de percepción binocular de profundidad no es evidente. En primer lugar, la posición de los ojos es un predictor de la percepción binocular de profundidad. Esta requiere la superposición de los campos visuales de ambos ojos, pero esta no es una condición suficiente. Por ejemplo, se sabe que algunas aves tienen una pequeña superposición de campos visuales al mirar hacia adelante, pero esto se utiliza para dirigir eficazmente durante los movimientos rápidos de vuelo basándose en la visión del movimiento . Esto ilustra que tener los ojos de un animal en la parte frontal no significa automáticamente que posea percepción binocular de profundidad. El tipo de movimientos oculares también es un predictor de la percepción binocular de profundidad, pero tampoco es una condición suficiente. En la prevalencia de la estereopsis en animales se indica en qué animales se ha encontrado este fenómeno. ^{[ 14 ]}

Algunos animales , generalmente presas , tienen los ojos situados en lados opuestos de la cabeza para obtener el campo de visión más amplio posible . Ejemplos de ello son los conejos , los búfalos y los antílopes . En estos animales, los ojos suelen moverse de forma independiente para ampliar el campo de visión. Incluso sin moverlos, algunas aves tienen un campo de visión de 360 ​​grados. Otros animales , generalmente depredadores , tienen los ojos situados en la parte frontal de la cabeza, lo que permite la visión binocular y reduce el campo de visión en favor de la estereopsis . Sin embargo, la orientación frontal de los ojos es un rasgo altamente evolucionado en los vertebrados, y solo existen tres grupos de vertebrados con ojos verdaderamente orientados hacia adelante: los primates , los mamíferos carnívoros y las aves rapaces . Algunos animales depredadores, sobre todo los de gran tamaño como los cachalotes y las orcas , tienen los ojos situados en lados opuestos de la cabeza, aunque es posible que posean cierto campo de visión binocular. ^{[ 15 ]} Otros animales que no son necesariamente depredadores, como los murciélagos frugívoros y algunos primates, también tienen ojos orientados hacia adelante. Suelen ser animales que necesitan una discriminación/percepción de profundidad precisa; por ejemplo, la visión binocular mejora la capacidad de elegir una fruta o de encontrar y agarrar una rama en particular. En los animales con ojos orientados hacia adelante, los ojos generalmente se mueven juntos.    

Los movimientos oculares pueden ser conjuntivos (en la misma dirección), generalmente descritos por su tipo ( sacadas o seguimiento suave ), o disyuntivos (en direcciones opuestas), denominados movimientos de vergencia. Algunos animales emplean ambas estrategias. Un estornino , por ejemplo, tiene los ojos colocados lateralmente para abarcar un amplio campo visual, pero también puede moverlos simultáneamente para apuntar hacia adelante, de modo que sus campos se superponen, produciendo estereopsis. Un ejemplo notable es el camaleón , cuyos ojos parecen estar montados en torretas , moviéndose cada uno independientemente del otro, hacia arriba o hacia abajo, hacia la izquierda o hacia la derecha. Sin embargo, el camaleón puede enfocar ambos ojos en un solo objeto al cazar, demostrando vergencia y estereopsis.

La función de los dos ojos parece variar mucho entre las especies de aves. En la mayoría de las aves, la visión binocular parece estar enfocada principalmente en poder controlar la dirección del vuelo y poder determinar el momento en que se producirá una colisión con un objeto: al aterrizar o al picotear. El flujo óptico es importante para controlar la dirección del vuelo, que puede ser determinada por cada ojo por separado. La superposición binocular en ese caso es funcional para poder volar en línea recta y no necesariamente indica la capacidad de percibir la profundidad. ^{[ 16 ]} La percepción binocular de la profundidad es funcional en aves que usan herramientas, como los cuervos. También es funcional para las aves que esperan quietas hasta que la presa esté dentro del alcance de picoteo para poder atacar en el momento adecuado. En las aves que capturan a sus presas en el aire, esta área se encuentra más arriba, en el punto donde se agarra la presa. Estas aves tienen un campo de visión binocular pequeño que se enfoca en el área debajo del pico y/o cerca de las patas, con un punto ciego en el área directamente debajo del pico. ^{[ 16 ]} La ausencia de movimientos oculares de vergencia significa que las aves no pueden mover el área de estereopsis, si es que la tienen, en el espacio como lo hacen los humanos.

Se ha encontrado estereopsis en muchos vertebrados ^{[ 17 ],} incluyendo mamíferos como caballos ^{[ 18 ]} , aves como halcones ^{[ 19 ]} y búhos ^{[ 20 ]} , reptiles, anfibios como sapos ^{[ 21 ]} y peces. También se ha encontrado en invertebrados ^{[ 17 ] ,} incluyendo cefalópodos como la sepia [ ^{22 ]} , crustáceos, arañas e insectos como la mantis ^{[ 23 ]} . Los estomatópodos incluso tienen estereopsis con un solo ojo ^{[ 24 ] .}

La distancia interocular, también conocida como distancia pupilar o interpupilar, es la distancia entre los ojos. Esta separación determina el rango de distancias a las que un animal puede percibir la profundidad.

El espacio tridimensional observable puede ampliarse aparentemente con un telescopio binocular para objetos lejanos y con un microscopio binocular para objetos muy pequeños. No es evidente que al ampliar la imagen también se perciba la profundidad. Esto se explica más adelante.

Las imágenes binoculares se pueden capturar registrando tanto la imagen vista por el ojo izquierdo como la vista por el ojo derecho en un estereograma . Las imágenes se pueden registrar simultáneamente (fotografía estereoscópica) o una tras otra ( estereograma de reconocimiento , estereograma lunar ). La ventaja de registrar las imágenes de ambos ojos simultáneamente con una cámara estereoscópica es que no se producen disparidades falsas debido a que la escena a registrar haya cambiado entre las grabaciones.

Estereograma lineal

Un estereograma lineal es un estereograma dibujado. El primer estereograma fue un estereograma lineal utilizado por Charles Wheatstone en 1838 para demostrar que la profundidad binocular es causada por la disparidad binocular. ^{[ 28 ]} Este tipo de estereograma se ha utilizado ampliamente en la investigación desde entonces y todavía se utiliza con este propósito.

estereograma lunar

Whipple concibió en 1860 la idea de fotografiar la luna en dos días diferentes y observar las fotografías en un estereoscopio. En el estereoscopio, el bamboleo de la luna ( libación lunar ) y el desplazamiento de las sombras hacen que las montañas y los cráteres sean claramente visibles en las profundidades. (Krol, 1982, págs.  2-3). ^{[ 29 ]} Este estereograma ilustra que existen muchas maneras en que pueden surgir disparidades, no solo a través de la paralaje de nuestros dos ojos.

Al visualizar las imágenes grabadas o generadas, es fundamental asegurarse de que cada ojo vea únicamente la imagen que se grabó para cada uno. Esto se puede lograr mediante diversas técnicas. Estas técnicas garantizan que los ojos puedan enfocar la distancia física de la imagen estereoscópica y, al mismo tiempo, converger en el punto correspondiente en el espacio. Para ello, el observador a veces debe aprender a superar conflictos entre ambos reflejos ( conflicto de vergencia-acomodación ). Actualmente, los estereogramas se suelen ofrecer mediante gafas de realidad virtual .

Estereoscopio de bloqueo de convergencia

Las dos imágenes estéreo de un estereograma pueden, con algo de práctica, visualizarse sin un estereoscopio. Una forma común de hacerlo es con un estereograma en el que la imagen correspondiente al ojo izquierdo se encuentra a la derecha y la imagen correspondiente al ojo derecho a la izquierda (estereograma RL).

La práctica consiste en cruzar los ejes oculares en un punto frente al estereograma, de manera que el ojo izquierdo mire al centro de la imagen derecha y el ojo derecho al centro de la imagen izquierda. Resulta útil sostener la punta de un lápiz en la intersección y concentrar la atención en ese punto, y luego esperar hasta que la imagen se vea nítida y se perciba la profundidad.

Krol (1982, págs.  16-17) utiliza un trozo de cartón con una hendidura redonda o cuadrada en lugar de un lápiz. Esto permite que cada ojo vea solo su propia imagen. Además, el orificio ayuda a la convergencia automática correcta. ^{[ 29 ]}

Hering describió en 1861 que parecemos percibir el mundo desde un punto intermedio entre ambos ojos, en lugar de desde cada ojo por separado. ^{[ 34 ]} Llamó a este punto ojo ciclópeo, en referencia a los cíclopes de la mitología griega. ^{[ 35 ]} Hering también describió un método para mostrar cómo las dos imágenes retinianas en este ojo ciclópeo se fusionan aparentemente en una sola imagen. Llamó a este método proyección ciclópea. Ilustró este método con un lápiz sostenido de manera que apunte en dirección opuesta al observador (véase la figura). El método consiste básicamente en rotar las imágenes de ambos ojos alrededor del punto de fijación, acercándolas entre sí hasta que coincidan en el ojo ciclópeo. Geométricamente, esto no cambia la dirección, pero sí proporciona una descripción concisa de cómo parecemos ver las direcciones. Esto también se conoce como la ley de Hering de la dirección binocular común. ^{[ 36 ]}

La proyección ciclópea de Hering pretende ser una descripción de lo que observó y no una explicación de cómo se forma la imagen egocéntrica en el cerebro. La forma en que se fusionan las imágenes de ambos ojos se ha investigado extensamente utilizando un modelo teórico, el horóptero geométrico . El horóptero geométrico es un círculo que pasa por el punto de fijación y ambos ojos. Se ha demostrado que los puntos de este círculo se proyectan (aproximadamente) sobre puntos correspondientes en ambos ojos. Estos son puntos que miran en la misma dirección visual en ambos ojos. ^{[ 37 ]} En la investigación empírica se ha establecido que es posible medir y comparar las direcciones visuales en ambos ojos y así determinar el horóptero observado (horóptero empírico). Resulta que este horóptero no es una línea sino un plano vertical (frontoparalelo) que pasa por el punto de fijación y que la forma de este plano difiere de una persona a otra. A distancias de fijación cortas, el plano visto desde el observador es cóncavo (hueco), a distancias ligeramente mayores es más plano y a distancias mayores es plano o convexo. Además, el plano se curva hacia el observador en la parte superior y se aleja de él en la parte inferior. Generalmente se asume que estas son adaptaciones al entorno, incluyendo cómo se mueven los ojos en los huecos del cráneo. ^{[ 38 ] [ 39 ]}

Las investigaciones observacionales muestran que los puntos con direcciones visuales diferentes en ambos ojos a veces no se ven dobles, sino simples, en una dirección intermedia entre las dos direcciones visuales. Este fenómeno se denomina fusión sensorial. Con un ojo dominante fuerte , la dirección percibida de la imagen fusionada se acerca más a la dirección que ve el ojo dominante. ^{[ 41 ]}

Hering describió un experimento para comprobar la teoría de Panum. En el experimento, se sostiene una varilla delgada en línea recta hacia adelante, en la dirección de la visión en el plano sagital medio. ^{[ 34 ]} Si el centro de la varilla está fijo, entonces el centro de la varilla debería aparecer simple y los extremos dobles y retrayéndose en profundidad, como se muestra en la figura. Hering no observó esto y, por lo tanto, rechazó la teoría.

El experimento de Hering es un caso especial de la ilusión de la franja midsagital . Esta ilusión explica por qué la imagen fusionada se ve transversalmente a la dirección de la visión y no como Hering suponía.

En cuanto un punto que capta la atención amenaza con salirse del área de fusión de Panum, un movimiento ocular automático (movimiento de vergencia) asegura que el punto vuelva a situarse en el centro de dicha área. En la investigación sobre este reflejo, el horóptero de vergencia se define como el conjunto de puntos dentro del rango de fusión de Panum que no provocan un reflejo. El horóptero medido se sitúa en el centro del rango de fusión de Panum. En el plano vertical, el horóptero de vergencia presenta una menor inclinación que el rango de fusión correspondiente. ^{[ 42 ]}

La existencia de la fusión no se explica mediante la teoría clásica. Las teorías que se basan en el hecho de que se han encontrado neuronas en la corteza visual que miran en una dirección visual específica a través de cada ojo parecen explicar mejor este fenómeno. ^{[ 29 ]}