22 febrero 2008

Disparidad binocular y visión 3D (y III)

Bases cerebrales de la visión en 3D.


Como hemos comentado en los post anteriores, cuando un objeto aparece en el campo visual los movimientos oculares se encargan de dirigir la mirada hacia ese objeto para realizar la fijación visual. En el momento en que el blanco se proyecta en medio de ambas fóveas se percibe una imagen única (fusión binocular), y finaliza el movimiento ocular. Esto sirve para coordinar ambos ojos, ya que el campo visual de cada uno de ellos es diferente, como habréis podido comprobar si habéis realizado alguna de las pruebas que os hemos propuesto.
La disparidad retiniana es empleada por el cerebro de dos modos diferentes: primero, como una retroalimentación para que el sistema oculomotor realice el alineamiento ocular y estabilice la imagen en la retina y segundo, como información para alcanzar la estereopsis o visión en 3D. Para que el cerebro utilice las disparidades debe establecerse de alguna manera la correspondencia entre las características de la imagen que caen en cada retina, pero todavía no se sabe cómo el cerebro resuelve este problema de correspondencia. Así pues, las disparidades retinianas están siempre presentes durante la visión binocular normal, por lo que el sistema debe utilizarlas para alcanzar la visión única. Desde los trabajos de Gian F.Poggio se conoce la existencia de células en la corteza cerebral visual sensibles a disparidades retinianas horizontales. Los primeros procesos de información estereoscópica dependen de tres sistemas funcionales principales de neuronas corticales: el sistema de disparidad cercano (formado por neuronas que responden a disparidades cruzadas), el sistema de disparidad lejano (formado por neuronas que responden a disparidades no cruzadas) y el sistema correspondiente o de disparidad cero (formado por neuronas que responden no a la disparidad sino a la correlación de texturas, lo que ayuda también a formar la imagen en 3D) . Estos tres sistemas se han identificado en las áreas V1, V2 y V3 de la corteza visual de los macacos. A nivel funcional, las poblaciones de neuronas de los sistemas de cercanía y lejanía dan lugar al procesamiento neural que da lugar a la estereopsis grosera y algunos subtipos entre ellas contribuirían a la estereopsis fina.. Las neuronas del sistema de disparidad cero contribuyen a los mecanismos de retroalimentación del sistema oculomotor.
En la percepción de profundidad también influyen mecanismos monoculares como la percepción de contornos, a lo que contribuye de forma decisiva la percepción de sombras, y la información procedente de la perspectiva (lineal, tamaño, escorzo, detalle, etc). Existen células sensibles exclusivamente a cada una de estas características en la corteza visual. El tamaño de los objetos también será importante a la hora de que el cerebro genere la percepción de profundidad y, por último, el paralaje monocular también es otros factor importante para la percepción de profundidad

Pero existen neuronas en otras áreas de la corteza no visual que también parecen participar en la visión en 3D. Los mecanismos neurales de la visión estereoscópica de la forma han sido estudiados desde hace relativamente poco y en estos procesos han sido involucradas dos áreas cerebrales estudiadas en los macacos: una pequeña subregión del córtex inferotemporal llamada TEs (ver Figura a) y la región intraparietal caudal (CIP) (ver en este enlace, marcada en rojo, y obsérvese lo similar del cerebro del macaco al del humano). De hecho, a nivel clínico se ha observado que sujetos con lesiones en el lóbulo temporal pueden tener problemas para visualizar objetos en 3D o pueden incluso llegar a perder esa capacidad.

Las neuronas de TEs responden selectivamente a la orientación y curvatura en la superficie de imágenes estereoscópicas, por lo que esta región da lugar a una descripción detallada en 3D de los contornos de la superficie y de su contenido. Esta descripción es producida sólo por estímulos binoculares en los cuales los sujetos ven la profundidad y ésta no varía aunque se modifique dicha profundidad.
Las neuronas de la región CIP son sensibles a la orientación en profundidad de superficies y objetos alargados y sus respuestas no se ven modificadas por pistas de profundidad. Estas neuronas responden también a gradientes de textura y perspectiva lineal y sus respuestas se incrementan cuando estos elementos se combinan de formas determinadas. También en CIP hay neuronas sensibles a la orientación de ejes. Algunos datos preliminares muestran que algunas de las neuronas sensibles a la orientación de los ejes prefieren un grosor intermedio, son selectivas de forma y no parecen discriminar la curvatura de la superficie.
Estos datos sugieren que las neuronas encargadas de representar la forma en 3D estarían situadas en torno a las áreas Tes y CIP y reciben proyecciones de áreas corticales visuales como V3 y V4 (áreas de procesamiento visual), pero todavía no se conoce el proceso con detalle (ver Figura b).. De hecho, es uno de los aspectos menos estudiados de la visión.

Bibliografía.

Orban, G.A., Janssen, P., Vogels, R., (2006), Extracting 3D structure from disparity, TRENDS in Neurosciences.29 (8):466-473.

Sakata,H., Tsutsui,K., Taira, M., (2005), Toward an understanding of the neural processing for 3D shape perception, Neuropsychologia 43: 151–161

Acuña,C., Cudeiro, J., “Procesos visuales centrales”, (1998) En: Manual de neurociencia, Delgado, J.M., Ferrús, A., Mora, F., Rubia, F.J. Ed.Síntesis págs:579-614.

2 comentarios:

Pearl strands dijo...

Cool blog!

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Anónimo dijo...

muy esclarecedor, muchas gracias!