Lo primero que ocurre en la retina es el proceso de transducción de las señales. La retina es una estructura compleja formada por varios tipos de células distribuidas en cinco capas: la nuclear externa, la nuclear interna, y la capa de las células ganglionares, separadas cada una por las dos capas llamadas plexiformes, externa e interna. En la primera capa celular se encuentran las células receptoras de luz, o fotorreceptores, situados en la parte más posterior de la retina, y en la última capa se hallan las células ganglionares, de las que salen prolongaciones (los axones) que corren por la parte más anterior de la retina y la atraviesan de delante hacia atrás, para formar el nervio óptico.
La zona de la retina por donde se introducen los axones como en un sumidero es el disco óptico, y no tiene receptores, por lo que no podemos ver con esa zona.
Hay dos tipos de fotorreceptores: conos y bastones. Su actividad es intensa cuando hay poca intensidad de luz, y débil cuando hay mucha. Los conos y bastones tienen formas, propiedades y conexiones diferentes que explican sus funciones.
Los conos son muy abundantes en la fóvea (el punto de la retina donde nuestra visión es más nítida) y su número disminuye hacia las zonas más periféricas de la retina. Los conos tienden a tener relaciones uno a uno con el nervio óptico, mientras que muchos bastones convergen en una única fibra nerviosa. Los conos, debido a su baja sensibilidad y a que necesitan más luz para activarse, sirven para la visión diurna; tienen una alta agudeza y proporcionan una buena definición de los cambios rápidos de la imagen visual, tanto en el espacio como en el tiempo. Los conos tienen tres tipos de pigmentos sensibles a diferentes longitudes de onda de la luz (colores); las diferencias forman las bases de nuestra visión en color.
Los bastones están distribuidos por toda la retina, pero faltan en la fóvea. Son mucho más sensibles que los conos, ya que un único fotón puede provocar una respuesta. Por ello, amplifican enormemente la señal, pero se saturan con la luz diurna. En comparación con los conos, tienen una respuesta más lenta y un tiempo de integración largo.
Otra diferencia ente conos y bastones es que los bastones son acromáticos: todos los bastones tienen un mismo pigmento, muy abundante, pero que no permite distinguir entre colores. Estas diferencias entre conos y bastones explican que la mayor agudeza visual y la visión en color estén localizadas en la fóvea. La agudeza visual a unos 6 a 7 grados de excentricidad de la fóvea es de una décima parte de la agudeza en el centro de la mirada; por eso la visión periférica es más borrosa. Cuando queremos explorar el detalle de los objetos, su textura y color, necesitamos niveles de iluminación altos, y recurrimos a la fóvea. En ambientes de poca luz, la visión en color es muy pobre o está ausente, y la agudeza visual disminuye; en estas circunstancias no estamos viendo con la fóvea sino con la retina periférica.
Las neuronas que construyen la representación mental de lo que ve la fóvea son mucho más numerosas que las de la periferia, tanto en la retina como en la corteza visual, por lo que la resolución espacial del sistema visual disminuye al alejarnos de la fóvea. Los fotorreceptores descomponen la imagen en unos 125 millones de puntos, tantos como fotorreceptores hay, con unafrecuencia de cien imágenes por segundo. Suponemos que este primer paso, en el que los fotorreceptores miden la cantidad de luz que reciben, proporciona una reproducción bastante fiel de la imagen que cae sobre la retina. Si el cerebro tuviese que procesar continuamente esta información punto a punto, el proceso sería muy lento; por ello, lo que ocurre en el paso siguiente es que las células ganglionares de la retina miden las diferencias de luminosidad, es decir el contraste. Esta transformación acelera el proceso de análisis de la imagen.
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