as cores e a visão e a visão das cores

UNIVERSIDADE DA BEIRA INTERIOR

Cincias da Sade

As cores e a Viso e a Viso das Cores

Maria da Conceio Santos Ribeiro

Dissertao para obteno do Grau de Mestre em

Optometria em Cincias da Viso (2 ciclo de estudos)

Orientador: Professora Doutora Sandra da Costa Henriques Soares

Covilh, Outubro de 2011

i

Resumo

A luz considerada como a energia que sustenta a vida. Toda a informao que ns captamos

e a percepo dos objectos depende especialmente da natureza das imagens que so

formadas nos nossos olhos. Sabemos que atravs da luz recebemos grandes quantidades de

informao do mundo que nos rodeia e para vermos as imagens e os objectos necessitamos de

um sistema visual. Podemos dizer que a cor apresenta um papel importante para a nossa

sobrevivncia (por exemplo: alguns seres vivos como o caso de algumas aves que

apresentam algumas cores nas suas plumagens que muito importante para elas). um

fenmeno fsico expressivo e simblico de importncia fundamental na linguagem visual. Por

vezes pode-se tratar de um conceito subjectivo que consiste na interpretao que o sistema

sensorial e o crebro atribuem aos diferentes comprimentos de onda da luz recebida.

Ver para ns, um fenmeno to natural que se torna necessrio um esforo de imaginao

para concebermos que tal fenmeno inclui a soluo de certos problemas. O olho um dos

rgos mais importantes do corpo humano, so os responsveis pela captao da informao

proveniente do meio exterior e pela sua codificao, em impulsos nervoso atravs da aco

de clulas nervosas especializadas. Trata-se de um rgo fantstico e bastante complexo,

considerando um prolongamento do tecido cerebral. At ao sculo XVI pensava-se

erroneamente que o olho emitisse luz, hoje sabemos que ele apenas um receptor.

Com este trabalho pretende-se descrever de forma sucinta, como o ser humano consegue

discriminar e identificar as cores, abordar algumas teorias da cor, descrever o funcionamento

do processo visual e apresentar algumas anomalias da viso das cores.

Palavras-chave

Radiao, espectro, fotoreceptores, fotpico, escotpico, daltonismo, cor.

iii

Abstract

The light is regarded as the energy that supports life. Every information that we attract and

the perception of objects especially depends on the nature of the images that are formed in

our eyes. We know that through light we receive large amounts of information from the

world around us and to see those images and objects we need a visual system. We can say

that the color has an important role for our survival (for example: some living beings such as

some birds that have some colors in their plumage that is very important to them). Is a

physical and expressive and symbolic phenomenon of most importance in visual

language.Sometimes it can be a subjective concept that is based on the interpretation that

sensorial system and the brain give to the different lengths of light received.

Seeing is for us, such a natural phenomenom that is becomes necessary an effort of

imagination so that we can realize that such phenomenom includes the solution of certain

problems. The eyes are one of the most important organs of human body, they are

responsible for the capture of outside information and its encoding, in nervous impulses

through the actions of specialized nervous cells. Its a fantastic and rather complex organ,

considered an extension of brain tissue. Until the 16th century, was wrongly thought that the

eyes produced light, today we know that they are only light receivers.

With this work is intended to describe in short words how the human being can see and

identify colours, talk about colours theories, describe the functioning of visual process and

present some anomalies of vision and its colours.

Keywords

Radiation, spectrum, photoreceptors, photopic, scotopic, color, color blindness

v

ndice

Introduo ....................................................................................................... 1

1 A Luz e a Viso ........................................................................................... 2

1.1 Luz ................................................................................................... 2

1.2 Espectro Electromagntico ...................................................................... 3

1.3 Estrutura do olho humano ........................................................................ 4

1.3.1 Camada externa ................................................................................ 5

1.3.2 Camada mdia ou vascular ................................................................... 7

1.3.3 Camada interna Retina ...................................................................... 7

1.3.4 Meios de refraco ............................................................................. 8

1.3.5 Clulas Receptoras ............................................................................. 8

1.4 Qumica da Viso ................................................................................ 13

1.5 Para alm da retina ......................................................................... 16

2 Percepo visual ....................................................................................... 18

2.1 Adaptao ao escuro ............................................................................ 21

2.2 Adaptao claridade .......................................................................... 23

2.3 Resoluo e somao espacial ................................................................ 24

2.4 Resoluo e somao temporal ............................................................... 26

3 Viso das Cores ......................................................................................... 30

3.1 Teoria tricromtica.............................................................................. 30

3.1.1 Monocromata .................................................................................. 30

3.1.2 Dicromata ...................................................................................... 32

3.1.3 Tricromata ..................................................................................... 34

3.2 Tonalidade, saturao e brilho ................................................................ 34

3.2.1 Tonalidade ..................................................................................... 34

3.2.2 Saturao ...................................................................................... 34

3.2.3 Brilho ........................................................................................... 35

3.3 Discriminao do comprimento de onda .................................................... 35

3.4 Efeitos Cromticos Fenmeno Bezold-Bruke .............................................. 36

3.5 Constncia de cor ................................................................................ 37

vi

3.6 Teoria das cores oponentes .................................................................... 38

3.7 Modelos actuais da Viso das Cores .......................................................... 40

3.8 Sistema Munsell de especificao das cores ................................................ 40

3.9 Sistema de especificao das cores (CIE) ................................................... 41

3.10 Diagrama de Cromaticidade (x,y) da CIE .................................................... 43

4 Anomalia da Viso das Cores......................................................................... 45

4.1 Caractersticas dos indivduos com discromatopsias ...................................... 46

4.1.1 Sensibilidade espectral ...................................................................... 46

4.1.2 Descriminao do comprimento de onda ................................................. 47

4.1.3 Eixos de confuso ............................................................................. 48

4.2 Anomalia na viso das cores de origem hereditria ....................................... 49

4.3 Acromatopsias .................................................................................... 50

4.4 Cromatopsias ..................................................................................... 50

4.5 Testes de deteco de anomalias na viso das cores ..................................... 51

4.5.1 Placas pseudoisocromticas ................................................................ 51

4.5.2 Testes de ordenao ......................................................................... 52

4.5.3 Anomaloscpio ................................................................................ 54

4.6 Lente cromtica X ............................................................................... 54

4.7 Perimetria de comprimentos de onda baixos ............................................... 54

5 Aplicao prtica ...................................................................................... 55

5.1 Resultados ........................................................................................ 58

5.1.1 Anlise de resultados ........................................................................ 59

5.2 Representao grfica .......................................................................... 65

Concluses .................................................................................................... 67

6 Bibliografia .............................................................................................. 69

8 Anexo .................................................................................................... 71

viii

Lista de Figuras

Figura 1- Espectro Electromagntico [Adaptado da referncia (3)]. ................................. 3

Figura 2- Cavidade orbitaria e a localizao da fixao dos msculos externos (5). .............. 4

Figura 3-Msculos extrnsecos oculares (11). ............................................................. 5

Figura 4- Esquema histolgico da crnea (12). ........................................................... 6

Figura 5- Disposio estrutural do olho (13). ............................................................. 7

Figura 6 A- Fluxograma esquemtico do processamento da retina. NGL- Ncleo geniculado

lateral. B- Representao esquemtica da retina, zona da fvea, ampliada (4). .................. 9

Figura 7- Esquema do processamento das clulas (4). ................................................ 10

Figura 8-Desenhos esquemticos de um cone (esquerda) e de um bastonete (direita). ........ 11

Figura 9- Ciclo do retineno-rodopsina responsvel pela sensibilidade luz dos bastonetes

[Adaptado da referncia (10)]. ............................................................................ 13

Figura 10- Espectros de absoro do cianopigmento (S-cone), cloropigmento (M-cone) e do

eritopigmento (L-cone) (4). ................................................................................ 15

Figura 11- Esquema ilustrativo do percurso retinocortical visual [Adaptado da referncia (4,

14)]. ............................................................................................................ 16

Figura 12 A- Representao grfica do limiar de um indivduo em funo do comprimento de

onda; ........................................................................................................... 18

Figura 13- Representao grfica dasensibilidade fotpica em funo do comprimento de onda

(4). ............................................................................................................. 19

Figura 14- Funes de sensibilidade em condies escotpicas e fotpicas. Estas funes

representam a sensibilidade absoluta dos dois sistemas (4). ........................................ 20

Figura15-Distribuio de fotoreceptores na retina (17). ............................................. 21

Figura 16 - Grfico que representa a curva de adaptao ao escuro [Adaptado da referncia

(19)]. ........................................................................................................... 22

Figura 17- Grfico que representa a curva de adaptao ao escuro mas com estmulos que

apresentam comprimentos de onda diferentes (19). .................................................. 22

Figura 18- Esquema representativo do limiar diferencial (17). ...................................... 23

Figura 19- Curva de adaptao claridade (19). ...................................................... 23

Figura 20- Ilustrao esquemtica da organizao dos elementos receptores posteriores da

retina do (A) sistema escotpico e (B) do sistema fotpico (4). .................................... 25

Figura 21- Expresso clssica de Ricco que demonstra a somao espacial em condies

escotpicas (4). .............................................................................................. 26

Figura 22-Esquema que representa propriedades temporais do sistema escotpico assumindo

uma somao temporal num perodo de 100ms. A linha a tracejada representa o limite para

um nico pulso (4). .......................................................................................... 27

ix

Figura 23- Esquema que representa as propriedades temporais do sistema fotpico assumindo

um perodo de somao temporal de 10ms (4). ........................................................ 28

Figura 24- Expresso clssica de Blochs que demonstra a somao temporal em condies

fotpicas (4). ................................................................................................. 29

Figura 25- Grfico representativo da curva de absoro deste fotopigmento em funo do

comprimento de onda (4). ................................................................................. 31

Figura 26- Grfico representativo da curva de absoro dos fotopigmento (M e L) para um

indivduo dicromata (4). .................................................................................... 32

Figura 27- Grfico representativo da curva de absoro dos fotopigmento (M e L) para um

indivduo dicromata apresentando neste exemplo trs fontes de luz (a,b,c) (4). ............ 33

Figura 28- Representao de dois padres fisicamente diferentes [Adaptado da referncia

(4)]. ............................................................................................................ 34

Figura 29- Figura ilustrativa de um campo bipartido (4). ............................................ 35

Figura 30- As variaes da tonalidade ao longo do espectro (4). ................................... 36

Figura 31- Figura ilustrativa de um campo bipartido (4). ............................................ 37

Figura 32- Ao variar a intensidade a tonalidade destes trs comprimentos de onda (478nm,

503nm, 578nm) constante (4) . ......................................................................... 37

Figura 33- Exemplificao dos canais das cores oponentes (4). ..................................... 38

Figura 34- Frequncia dos potenciais de aco em funo do comprimento de onda em

algumas clulas ganglionares (4). ......................................................................... 39

Figura 35- Frequncia dos potenciais de aco em funo do comprimento de onda para

algumas clulas ganglionares (4). ......................................................................... 39

Figura 36- Sistema de Munsell (4). ........................................................................ 41

Figura 37- Representa as quantidades dos valores dos triestmulos em funo do comprimento

de onda que foram obtidos na experincia do campo bipartido (4). ............................... 42

Figura 38- Grfico que representa as funes primrias imaginrias (4). ........... 43

Figura 39- Diagrama de cromaticidade da CIE, todas as cores fisicamente existentes

encontram-se inseridas neste diagrama (4). ............................................................ 44

Figura 40- Grficos representativos dos picos de sensibilidade de um indivduo tricromata

normal (A) e de um indivduo dicromata (B) [Adaptado da referncia (4)]. ...................... 46

Figura 41-Discriminao do comprimento de onda em casos de um deuteranopia e protanopia

(4). ............................................................................................................. 47

Figura 42 - Diagrama de cromaticidade da CIE que ilustra os trs eixos de confuso para os

indivduos com protanopia, deuteranopia e tritanopia (4). .......................................... 48

Figura 43- Exemplos de transmisso ligados ao cromossa X nos casos de anomalia entre o eixo

vermelho-verde de pais para filhos (4). ................................................................. 49

Figura 44- Ilustra um exemplo de um teste de Ishiara (23). ......................................... 51

Figura 45- Exemplo de alguns dos cilindros usados na ordenao do D-15 de Fransworth bem

como o esquema da folha de pontuao usado no mesmo teste (4)................................ 52

x

Figura 46- Graficamente consegue-se interpretar o tipo de defeito que a pessoa manifesta,

pelo tipo de grfico obtido (4). ........................................................................... 52

Figura 47- Esboo representativo do teste da viso das cores City University. ................... 53

Figura 48 -Ilustra a mobilidade do pico de sensibilidade de um indivduo protan atravs do

auxlio de uma lente cromtica (vermelha) (4). ....................................................... 54

Figura49- Exemplo da disposio dos vrios quadrados coloridos do teste on-line (26). ....... 55

Figura 50- Comparao da representao esquemtica obtida no D-15 para o paciente nmero

2. ............................................................................................................... 59


5. ............................................................................................................... 60


3. ............................................................................................................... 60


22. .............................................................................................................. 61


23. .............................................................................................................. 62


25. .............................................................................................................. 63


36. .............................................................................................................. 63


37. .............................................................................................................. 64

Figura 58 -Grfico que representa a relao dos individuos com os defeitos visuais em estudo.

.................................................................................................................. 65

Figura 59- Grfico que relaciona os defeitos visuais segundo o gnero da pessoa. .............. 65

Figura 60- Grfico que representa a gravidade da anomalia dos defeitos visuais a partir da

TES. ............................................................................................................ 66

Figura 61 -Distribuio percentual dos defeitos visuais em relao aos indivduos analisados. 66

xii

Lista de Tabela

Tabela 1-Referencia os vrios defeitos que existem num tricromata anmalo (4). ............. 45

Tabela 2- Referencia os vrios defeitos que existem num dicromata (4). ........................ 45

Tabela 3- Prevalncia e herana de vrias anomalias na viso das cores (4). .................... 49

Tabela 4- Anomalias da viso que so associadas por alteraes cromticas (4). ............... 50

Tabela 5- Pontuaes aceitveis na realizao do D100 de Fransworth que podem variar com a

idade (4,17). .................................................................................................. 53

Tabela 6- Tabela informativa dos valores normativos (25). .......................................... 56

Tabela 7- Resultados obtidos do teste de Fransworth D-15 Saturado. ............................. 58

Tabela 8-Caractersticas atribudas pelo simulador on-line para o indivduo nmero 2. ....... 59

Tabela 10- Caractersticas atribudas pelo simulador on-line para o indivduo nmero 5. ..... 60

Tabela 9- Caractersticas atribudas pelo simulador on-line para o indivduo nmero 4. ...... 60

Tabela 11- Caractersticas atribudas pelo simulador on-line para o indivduo nmero 22..... 61

Tabela 12 Caractersticas atribudas pelo simulador on-line para o indivduo nmero 23. ..... 62



Tabela 15-Caractersticas atribudas pelo simulador on-line para o indivduo nmero 37 ..... 64


1

Introduo

Numa profisso a base fundamental o conhecimento cientfico e, todos os profissionais de

viso devem ter nas suas teorias uma ampla gama de fontes, como por exemplo, a fsica, a

ptica, a anatomia, a fisiologia, a bioqumica, a psicologia e a neurocincia cognitiva.

Com a realizao desta dissertao visou-se aprofundar as noes cientficas da percepo

visual da cor, bem como alguns dos seus distrbios, de forma a ser possvel obter uma melhor

compreenso, como por exemplo na possibilidade de contornar e atribuir algumas qualidades

de vida aos seus portadores.

A luz pode ser usada em dois sentidos. No sentido fsico, um feixe de ondas electromagnticas

nas quais o olho humano sensvel. E no sentido psicofsico, a luz ir produzir uma sensao

ao observador, quando a retina estimulada. As sensibilidades variam de observador para

observador, a cor percebida atravs das vrias relaes que existem, como por exemplo

uma fonte de luz, os objectos e o sistema visual humano.

O olho percebe as cores como um conjunto de vrios comprimentos de onda que abrange a

zona do vermelho (580nm), do verde (540nm) e a do azul (450nm). Muitas dessas cores so

absorvidas e reflectidas pelos objectos. A cor corresponde a uma sensao interna provocada

por estmulos fsicos de natureza diferente. Se os objectos fornecem informao sobre a cor

porque a qualidade sensorial, emerge nos mecanismos sensoriais.

Alguns dos distrbios relacionados com a viso das cores, tambm designada por daltonismo,

consiste numa perturbao na percepo visual que caracterizada pela incapacidade em

discriminar algumas cores.

Na retina existem clulas receptoras que so sensveis a determinados comprimentos de

onda, os cones contm trs tipos de pigmentos selectivos e assim apresentam sensibilidades

diferentes. A anomalia ocorre quando existe uma reduo na quantidade de um ou mais

desses fotopigmentos ou ento alguma alterao na sua sensibilidade espectral. Uma das

consequncias a nvel visual traduz-se na alterao da sensibilidade dos diferentes

comprimentos de onda que esto associados a cada cor. Um dos objectivos foi esclarecer a

possvel origem destes distrbios, clarificando as vrias possibilidades, de modo a tentar

distinguir um defeito congnito, de um defeito adquirido por alguma patologia inerente.

Existe uma variedade de testes que permite catalogar os defeitos visuais relacionados com as

cores. Existem testes mais rpidos do que outros, devido sensibilidade do prprio teste.

Neste trabalho ser adoptada uma componente prtica de um dos testes abordado

pormenorizadamente, com a inteno de dinamizar os conceitos tericos.


2

Captulo

1 A Luz e a Viso

Para o homem a noo de luz est associada ao conhecimento e verdade. A compreenso do

mundo que nos rodeia atravs da luz ver claramente tem uma conotao sensorial,

perceptiva e cognitiva. O olho um mediador privilegiado entre o mundo exterior e o

homem.

Durante muito tempo a viso estava associada a um feixe invisvel que saa do olho para

adquirir os detalhes dos objectos. Esta teoria fisicamente errada, no filosoficamente

incorrecta se substiturem por um raio o eixo visual que os complexos processos cognitivos

conduzem sucessivamente em neurocincia nos apresentassem um conhecimento mais preciso

dos mecanismos da viso (1).

1.1 Luz

A compreenso da natureza da luz foi objecto de estudo desde a poca dos gregos. Por um

lado encontrava-se Plato que os objectos visveis emitiam partculas luminosas que eram

captadas pelos olhos e por outro lado Aristteles, que acreditava que ondas vibratrias saam

dos olhos e s quando atingiam os objectos estes se tornavam visveis. Havia ento duas

teorias que poderia explicar a natureza da luz: a teoria das partculas e a teoria das ondas.

Apesar desta discusso ter durado praticamente at ao sculo XX, ambos tinham razo. At

no sculo XVIII a luz era estudada segundo o modelo ondulatrio de Huygens (1629-1695) e o

modelo de partculas de Newton (1643-1727). J no inicio do sculo XX Max Planck (1858-

1947) e Einstein (1874-1955), na teoria dos fotes, conciliaram estas duas vises (1).

A luz pode ento ser considerada como sendo formada por pacotes de partculas de energia

os quanta - combinando caractersticas de onda e de corpsculo, propagando-se no espao

com velocidade constante. A luz de pequeno comprimento de onda tem mais ondas por feixe

que a de maior comprimento de onda. Isto exprime-se dizendo que a energia de cada quatum

funo da frequncia tal que:

(1)

onde E representa a energia do pacote ou foto, a sua frequncia e uma constante de

Planck.

Einstein postulou que a luz se propaga no vazio com uma velocidade bem definida, c, de

cerca de 300000km/s, independentemente do estado de movimento do emissor apresentando


3

uma dualidade onda partcula na sua natureza, concluindo que a luz uma onda com

propriedades de partcula (2).

1.2 Espectro Electromagntico

A luz branca, tal como a do sol, constituda por uma mistura de luz de diferentes cores.

Na figura 1 est representado o espectro electromagntico no qual as ondas

electromagnticas esto tanto pela frequncia, , como pelo comprimento de onda, . O

que se v como luz visvel apenas uma pequena parte do espectro. A barra colorida

compreende os comprimentos de onda que vo dos 380nm (violeta) at aos 680nm

(vermelho). Entre estes dois extremos temos todas as outras cores. A seguir ao vermelho,

comprimento de onda mais longo, a energia radiante invisvel. Esta a gama de energia que

corresponde ao infravermelho e s ondas rdio. Para comprimentos de onda menores do que

400nm, vem o ultravioleta, raios X e os raios gama que tambm so invisveis. O espectro

solar abrange apenas a regio entre os 300nm e os 2600nm do espectro total da energia

radiante.

A energia radiante propaga-se na forma de quanta de luz ou fotes. Quanto menor for o

comprimento de onda maior ser a energia do foto. A relao entre a energia e o

comprimento de onda dada pela equao (1) que pode ser reescrita na forma:

(2)

onde representa comprimento de onda e a velocidade da luz. Podemos, por isso, afirmar

que a energia proporcional ao inverso do comprimento de onda. Por exemplo, um foto no

Figura 1- Espectro Electromagntico [Adaptado da referncia (3)].


4

ultravioleta com um de 200nm tem 5 vezes mais energia do que um foto no infravermelho

com um de 1000nm (2).

Os nossos olhos respondem luz visvel. Detectar o resto do espectro requer uma grande

maturidade de instrumentos cientficos. Para uma descrio rigorosa da radiao

electromagntica e do seu comportamento h que ter um vasto conhecimento das equaes

de Maxwell e de electrodinmica quntica. Da mesma forma para um entendimento complexo

de como o olho percepciona a luz necessrio estudar a Psicologia e a psicologia do sistema

visual humano (1,2).

1.3 Estrutura do olho humano

As estruturas externas do olho so, a cavidade orbitria, os msculos extrnsecos oculares, as

plpebras e o aparelho lacrimal. As orbitas so duas cavidades largas e profundas, escavadas

entre a face e o crnio e separadas uma da outra pelas fossas nasais. As suas paredes tm

uma funo protectora do aparelho ocular e proporcionam um suporte rgido ao globo ocular,

sendo tambm local de fixao dos msculos externos (3,6-10).

Figura 2- Cavidade orbitaria e a localizao da fixao dos msculos externos (5).

As plpebras so formaes musculomembranosas, que evitam a desidratao e cuja funo

consiste em proteger o sistema visual contra as agresses externas, como o caso dos

traumatismos ao excesso de luz e evitam a desidratao (3, 6-10).

O aparelho lacrimal composto por glndulas excrinas e compostas, situadas na parte

superior, anterior e externa da rbita e dividem-se em duas pores unidas entre si, a

orbitria e a palpebral.

O sistema lacrimal o responsvel pela produo e eliminao das lgrimas e a sua funo

consiste em estabelecer o equilbrio entre a lubrificao corneana e a limpeza da superfcie


5

ocular. As glndulas lacrimais acessrias, as glndulas sebceas de Meibomius, Zeiss e Moll e

as calciformes conjuntivais constituem o sistema secretor de produo de lgrima. A lgrima

cai no fundo do saco conjuntival, passa para os pontos lacrimais, atravessa o canal lcrimo-

nasal e desemboca no meado nasal inferior (3,6-10).

Os msculos extrnsecos, implantados na superfcie externa do sistema ocular, asseguram os

movimentos coordenados de ambos os globos oculares, de modo a que apenas um dos dois

eixos visuais se dirija para o objecto que se pretende ver, o crebro assimila os estmulos

provenientes de ambos os olhos e elabora uma imagem tridimensional nica. So seis os

msculos extrnsecos oculomotores, responsveis por todos os movimentos do globo ocular, os

quatro rectos e os dois oblquos. O msculo elevador da plpebra superior tambm um

msculo extrnseco, mas no oculomotor (3,6-10).

Para alm dos seis msculos que o globo ocular possui no seu exterior e que so responsveis

pelos movimentos oculares, tambm contm trs camadas concntricas com a funo de

viso, nutrio e proteco. A camada externa formada pela crnea e pela esclertica que

serve de proteco. A camada vascular formada pela ris, corodeia e o corpo ciliar. E a

parte interna constituda pela retina que a parte nervosa (3,6-10).

1.3.1 Camada externa

A esclertica uma membrana fibrosa completamente opaca, muito resistente, que protege

os tecidos interoculares e constitui 4/5 da camada externa. Tem a forma de um segmento de

esfera, apresentando uma abertura anterior, onde se aloja a crnea, sendo a zona de unio o

limbo esclerocorneano. perfurada pelas artrias e nervos ciliares e a sua elevada hidratao

contribui para a natureza opaca do tecido. A abertura posterior encontra-se perfurada por

Figura 3-Msculos extrnsecos oculares (11).


6

uma infindvel srie de orifcios, semelhante a uma peneira, por onde passam as fibras

nervosas para formar o nervo ptico, designada lmina crivosa. A esclertica serve de base

para uma srie de msculos que proporcionam a mobilidade ocular (3,6-10).

A crnea uma membrana transparente, rica em terminaes nervosas sensitivas, derivadas

dos nervos ciliares do ramo oftlmico do trigmeo, quase circular e situada na parte anterior

do globo ocular. A face anterior convexa e encontra-se permanentemente banhada pelo

filme lacrimal. A face posterior cncava e limita a cmara anterior do olho que est

continuamente banhada pelo humor aquoso. Trata-se da primeira e mais poderosa superfcie

refractiva do sistema ptico do olho. O poder refractivo depende da sua curvatura e da

diferena entre os ndices refractivos crnea/ar. As superfcies, anteriores e posteriores da

crnea contribuem para o poder diptrico ocular com aproximadamente 43 dioptrias (D)

representando cerca de 70% do grau refractivo total do olho. um dos raros tecidos

avasculares do organismo. A crnea de uma forma saudvel no contm vasos porm factores

derivados do sangue impem importantes relaes no metabolismo corneano. Tanto o epitlio

como o endotlio da crnea so metabolicamente activos. A superfcie da crnea coberta

pelo filme lacrimal que protege a crnea da desidratao e mantm a superfcie regular.

Podemos subdividir a superfcie corneal em cinco camadas, epitlio, membrana de browman

(constituda por fibras colageneas), estroma (correspondente a 90% da espessura da crnea),

membrana de descemet (tambm constituda por fibras colageneas) e o endotlio (camada

nica com cerca de clulas poligonais), como se pode ver na figura 4 (3, 6-10).

Todas as alteraes destas caractersticas interferem na clareza da imagem formada na retina

como por exemplo, na uniformidade e regularidade das clulas epiteliais, empinhamento das

lamelas do estroma e na ausncia de vasos.

Figura 4- Esquema histolgico da crnea (12).


7

1.3.2 Camada mdia ou vascular

A camada vascular contm trs segmentos a coroideia, o corpo ciliar e a ris. A coroideia

situada entre a retina e a esclera cobre a superfcie interna da esclertica estendendo-se at

ora serrata (zona de transio entre finalizao da coroideia e o comeo do corpo ciliar).

Trata-se da poro mais extensa da vea e composta por inmeros vasos sanguneos. A sua

principal funo consiste em nutrir as estruturas que no apresentam irrigao prpria,

principalmente os elementos sensoriais da retina. O corpo ciliar situado entre a ora serrata e

a ris o responsvel pela funo secretora do humor aquoso (lquido que ocupa a parte

anterior do olho). A ris constitui a parte anterior da camada vascular e divide o segmento

anterior do olho em cmara anterior e cmara posterior sendo a sua principal funo

aumentar a quantidade de luz que atravessa o olho, quando est escuro e diminui-la quando a

luminosidade intensa. No centro da ris existe uma abertura circular, a pupila atravs da

contraco ou dilatao das fibras musculares que regula a passagem dos raios luminosos at

ao fundo do olho (3, 6-10).

1.3.3 Camada interna Retina A retina a membrana interna no olho, que pode ser dividida em retina sensorial que a

camada neurosensorial do globo ocular onde se encontram os fotoreceptores, e a retina

neural que constituda por vrias clulas, de sustentao e outras cujos prolongamentos

formam o nervo ptico.

Figura 5- Disposio estrutural do olho (13).


8

As clulas fotossensveis da retina (fotoreceptores) transformam a luz, focalizada pelo

cristalino, em impulsos elctricos, que so enviados para o crebro atravs do nervo ptico.

As imagens formadas na retina so ento interpretadas pelo crebro (3,6-10).

1.3.4 Meios de refraco

Os meios transparentes contidos no globo ocular permitem a refraco da luz bem como a sua

transmisso. Alm da crnea os meios transparentes so, o humor aquoso, o cristalino e o

humor vtreo (3,6-10).

O humor aquoso produzido pelos processos ciliares e o principal veculo para os nutrientes

e trocas metablicas nos tecidos no vascularizados como a crnea e o cristalino. Transporta

a glucose, os aminocidos e os gases respiratrios (3,6-10).

O cristalino tem uma forma biconvexa, transparente e elstica que se localiza entre a ris e o

humor vtreo. Apresenta na sua constituio clulas organizadas longitudinalmente. Devido ao

poder acomodativo, a sua principal funo consiste na sua adaptao, consoante as

necessidades requeridas pela viso. O poder refractivo em jovens pode ser aumentado

voluntariamente de 18D at aproximadamente 32D. medida que o sistema envelhece o

cristalino vai perdendo algumas das suas caractersticas, como por exemplo, a capacidade

elstica limitando a sua capacidade de acomodar e desencadeando dificuldades de focagem,

nomeadamente nas tarefas de perto, o que designamos por presbiopia (3,6-10).

Humor vtreo uma substncia gelatinosa e viscosa que ocupa o espao compreendido entre a

retina e a face posterior do cristalino. As suas principais funes so: permitir a difuso da

luz, a difuso dos nutrientes, manter o cristalino, a retina nas suas posies e manter a forma

do globo ocular (3,6-10).

1.3.5 Clulas Receptoras

Os elementos fotossensveis da retina, que convertem a imagem visual em impulsos nervosos,

so os bastonetes e os cones. Os bastonetes detectam as imagens em preto e branco

enquanto os cones detectam as cores. Os cones so receptores sensoriais excitados pela luz e

transformam a energia luminosa em sinais neuronais que so transmitidos para o encfalo. O

olho contm aproximadamente seis milhes de cones e 120 milhes de bastonetes. A maioria

dos cones est concentrada numa pequena rea chamada fvea central contendo somente

clulas do tipo cone. A concentrao de cones diminui medida que se afasta da mcula,

enquanto a concentrao de bastonetes atinge um mximo a cerca de 4mm da fvea. A

camada pigmentar da retina contm grandes quantidades de pigmento negro muito escuro, a

melanina, cuja absorver os raios luminosos que atravessam a retina e, portanto impedir a

reflexo da luz de volta para o olho. As pessoas incapazes de produzir melanina, designados


9

albinos, apresentam uma falta total de pigmento nessa camada da retina. Como resultado, os

raios luminosos aps atravessarem a retina so reflectidos em todas as direces, o que

acontece com tal intensidade que todas as imagens ficam ofuscadas pela claridade excessiva

da luz. A viso de uma pessoa albina em geral uma acuidade trs vezes menor do que uma

pessoa normal (10).

Na figura 6 est representado um fluxograma esquemtico do processamento da retina. Os

fotoreceptores (bastonetes e cones) respondem luz transformando a energia radiante em

actividade elctrica. As clulas bipolares estabelecem sinapses dendrticas com os

fotoreceptores e com as clulas ganglionares, figura 6-B. Estas ltimas clulas do origem s

fibras do nervo ptico, que conduzem esses sinais para o encfalo. As clulas bipolares

raramente fazem conexo directa com as clulas ganglionares, ligando-se preferencialmente

s clulas amcrinas, que posteriormente enviam sinal s ganglionares. Isto permite que um

conjunto de clulas ganglionares leve informao tanto de cones como de bastonetes,

estando envolvidos trs processos oponentes (claro versus escuro, vermelho versus verde e

Figura 6 A- Fluxograma esquemtico do processamento da retina. NGL- Ncleo geniculado lateral. B- Representao esquemtica da retina, zona da fvea, ampliada (4).


10

azul versus amarelo). Existem trs tipos de clulas ganglionares, umas so do tipo P que so

mais sensveis forma dos estmulos e a detalhes finos, outras do tipo M que so

particularmente importantes para a deteco de movimentos de estmulos e as do tipo no-M

e no-P que correspondem a 5% e so menos bem caracterizadas (10).

As clulas horizontais cujos dendritos esto em contacto com os fotoreceptores tm como

funo estabelecer proteco retina em casos de excesso de luz, isto inibem a resposta

das clulas a que esto ligadas, de modo a diminuir a sensibilidade e assim proteger a retina.

As clulas amcrinas no tm axnios e apresentam todos os seus dendritos saindo do mesmo

lado da clula. As clulas horizontais respondem iluminao mantida, enquanto as clulas

amcrinas respondem mudana na iluminao. As clulas ganglionares so responsveis pelo

processamento de detalhe de alto contraste e resoluo de cor (10).

Figura 7- Esquema do processamento das clulas (4).


11

Na figura 7 est representado um esquema da organizao retinal. Esta estrutura em camadas

constituda por:

A luz vir do fundo do diagrama e atravessa a retina interna at alcanar os fotorreceptores.

A figura 8 mostra que o bastonete apresenta um segmento que caracterizado pelo grande

nmero de pregas na membrana celular, que se formam como prateleiras em forma de

RPE- Epitlio pigmentar da retina;

A- segmento externo dos fotorreceptores;

B- segmento interno dos fotorreceptores;

OLM- membrana limitante externa;

ONL- camada nuclear externa;

OPL- camada plexiforme externa;

INL- camada nuclear interna;

IPL- camada plexiforme interna;

GCL- camada de clulas ganglionares;

NFL- camada de fibras nervosas;

ILM- membrana limitante interna.

Figura 8-Desenhos esquemticos de um cone (esquerda) e de um bastonete (direita). O ncleo designado por N e as mitocndrias por M (4).


12

disco, profundamente mergulhadas no citoplasma. Nessas prateleiras fica localizada a

substncia qumica fotossensvel - a rodopsina. A estrutura bsica dos cones muito

semelhante dos bastonetes, embora sejam clulas mais curtas e com os segmentos externos

de forma cnica em vez de cilndrica. Tambm as substncias fotossensveis nos discos

externos so um pouco diferentes da rodopsina, o que faz com que os diversos cones sejam

sensveis a cores diferentes (10).


13

1.4 Qumica da Viso

Quando a luz atinge a retina, nos perodos entre as estimulaes luminosas ocorrem nos

bastonetes alteraes qumicas fundamentais. A vitamina A o composto qumico utilizado,

tanto pelos cones como pelos bastonetes, para a sntese de substncias fotossensveis. Ao ser

absorvido por um bastonete, a vitamina A transformada em retineno. Esse retineno

combina-se com uma protena dos bastonetes a escotopsina para formar o composto

rodopsina. Se o olho no estiver exposto energia luminosa, a concentrao de rodopsina

pode aumentar at atingir valores muito elevados (10).

Quando um bastonete exposto energia luminosa, parte da rodopsina transformada

imediatamente em lumirrodopsina. Como a lumirrodopsina um composto muito instvel que

s perdura na retina cerca de um dcimo de segundo, degradada imediatamente. A outra

substncia, a metarrodopsina, igualmente instvel, tambm degradada muito rapidamente,

em retineno e escotopsina. Desta forma, a energia luminosa fracciona a rodopsina nas

substncias que inicialmente a formaram, o retineno e a escotopsina. No processo de

fraccionamento da rodopsina, os bastonetes so excitados por cargas inicas, que se

desenvolveram por instantes nas superfcies em fraccionamento da rodopsina. Durante este

pequeno intervalo de tempo, so gerados sinais neurais no bastonete, que so transmitidos

para o nervo ptico e por meio dele, para o encfalo. Aps a rodopsina ter sido decomposta,

pela energia luminosa, os seus produtos de decomposio o retineno e a escotopsia- so de

novo recombinados, pelos processos metablicos da clula, para formar nova rodopsina, que

Energia Luminosa

Figura 9- Ciclo do retineno-rodopsina responsvel pela sensibilidade luz dos bastonetes

[Adaptado da referncia (10)].


14

pode ser utilizada para produzir excitao adicional dos bastonetes. A rodopsina torna-se

transparente quando lhe incide luz, isto , quando excitada por um foto de luz, pelo que

em condies diurnas como se no existisse. Depois de excitada, 50% da rodopsina demora 5

minutos a recuperar, depois de 15 a 20 minutos toda a rodopsina ter recuperado o seu

estado. por esse motivo que devemos esperar alguns minutos at conseguirmos ver quando

entramos numa sala escura. A rodopsina absorve luz da zona central do espectro visvel (azul-

verde), apresenta o seu mximo de absoro nos 507nm e relativamente insensvel luz

vermelha (10).

Os cones possuem 3 fotopigmentos fundamentais, o cianopigmento - cones S - ( curto) -

426nm, o cloropigmento - cones M - ( mdio) - 530nm e o eritopigmento - cones L - ( longo)

- 557nm. Os processos qumicos suportados pelos cones so muito semelhantes aos dos

bastonetes. A protena caracterstica dos bastonetes substituda por uma de trs protenas

semelhantes, que se chamam genericamente fotopsinas. Para que os trs tipos de cones

sejam, de modo selectivo, sensveis a diferentes cores necessrio que as fotopsinas sejam

ligeiramente diferentes (4).


15

Figura 10- Espectros de absoro do cianopigmento (S-cone), cloropigmento (M-cone) e do eritopigmento (L-cone) (4).


16

1.5 Para alm da retina

Figura 11- Esquema ilustrativo do percurso retinocortical visual [Adaptado da referncia (4, 14)].


17

O nervo ptico formado pelos axnios das clulas ganglionares que sada do disco ptico

adquirem uma bainha de mielina. O nmero das clulas ganglionares varia de pessoa para

pessoa, pelo que as fibras do nervo ptico tambm so variveis. A lmina formada pelo entre

- cruzamento dos dois nervos pticos chama-se quiasma ptico. Por exemplo na figura 11 a

informao visual da retina temporal direita e da retina nasal esquerda (representado pela

cor amarela) transferida para o hemisfrio direito. J a informao da retina temporal

esquerda e da retina nasal direita (representado pela cor rosa) j transferida para o

hemisfrio direito.

O tracto ptico um conjunto de fibras que vo do quiasma at ao corpo geniculado lateral.

A partir da as radiaes pticas dispersam-se em forma de um leque, penetrando

profundamente nos hemisfrios cerebrais ao nvel dos lobos occipitais cortx visual. A rea

cortical em que a maioria dos axnios do ncleo geniculado lateral estabelecem sinapse

designa se cortx visual estriado (15-16).

O ncleo geniculado lateral (NGL) selecciona a informao que ser transmitida ao cortx

visual primrio (rea 17 de Brodman), a maior parte desta rea localiza-se na superfcie

medial do lobo occipital. Podemos subdividir o NGL em camadas ventrais 1 e 2 que contm

neurnios maiores e nas quatro camadas dorsais de 3 a 6 que contm as clulas menores. As

camadas ventrais so as camadas magnocelulares (que provm da projeco das clulas

ganglionares do tipo M) e as camadas dorsais so as camadas parvocelular (que ocorre da

projeco das clulas ganglionares do tipo P). Ainda existe munerosos pequenos neurnios

que se localizam ventralmente e que se designam, clulas coniocelulares que recebem

impulsos de clulas ganglionares da retina do tipo no-M e no-P e se projectam para o cortx

visual. As clulas parvocelulares codificam as informaes das cores no vermelho e verde, o

sistema magnocelular codifica os movimentos rpidos e o sistema coniocelulares desempenha

um papel na viso das cores no azul - amarelo (15-16).


18

Captulo

2 Percepo visual

A viso escotpica ocorre em ambientes com pouca iluminao, baixa acuidade visual,

ausncia de descriminao de cores e efectuado pelos bastonetes. Por outro lado a viso

fotpica ocorre sob condies luminosas, apesar da sua sensibilidade diminuir em ambientes

pouco iluminados, caracterizada por uma ptima acuidade visual e para alm disso

processa-se discriminao da cor. Os cones so as clulas sensoriais nervosas responsveis

por este tipo de viso. Em condies de iluminao mdia (viso mespica) tanto os cones,

como os bastonetes contribuem para esta viso.

A capacidade em detectar estmulos em condies escotpicas, determinada pela curva de

absoro da rodopsina e pode ser demonstrado atravs da medida da sensibilidade espectral

escotpica. Em primeiro lugar necessrio adaptar o indivduo a uma sala escura durante 45

minutos para maximizar a regenerao da rodopsina. Posteriormente determinado o limiar

que a menor quantidade de energia necessria para que esse indivduo consiga detectar

estmulos dos vrios comprimentos de onda (4,17).

Os grficos da figura 12 permitem-nos concluir que o limiar, em funo do comprimento de

onda, inversamente proporcional sensibilidade, isto , um limiar baixo representa uma

elevada sensibilidade.

Condies Escotpicas Condies Escotpicas

Figura 12 A- Representao grfica do limiar de um indivduo em funo do comprimento de onda;

B- Representao grfica da sensibilidade relativa em funo do comprimento de onda (4).


19

As curvas de sensibilidade espectral fotpica e escotpica podem ser determinadas de forma

anloga, a nica diferena que no caso fotpico necessrio que a medida da sensibilidade

seja efectuada em condies de maior iluminao. Apesar da existncia de trs

fotopigmentos possveis nos cones a curva de sensibilidade espectral fotpica mostra um

nico pico amplo na regio dos 555nm.

A curva da figura 13 representa aparentemente, a adio dos espectros de absorp dos cones

M e L (ver figura 10), uma vez que os quanta de luz absorvidos por estes dois fotopigmentos

contribuem para esta funo (4,17).

Condies Fotpicas

Figura 13- Representao grfica dasensibilidade fotpica em funo do comprimento de onda

(4).


20

No grfico da figura 14 esto representadas as duas funes de sensibilidade espectral em

condies fotpicas e escotpicas. Os limites foram determinados aps o sujeito ter sido

submetido adaptao ao escuro, permitindo assim a regenerao da rodopsina bem como

dos fotopigmentos dos cones. As curvas representam a sensibilidade e dois limiares que esto

presentes, um para viso escotpica e outro para a viso fotpica. Por exemplo,

considerando-se um estmulo de 500nm, em que a intensidade aumentada lentamente,

verifica-se que a deteco efectuada pela primeira vez pelo sistema escotpico. medida

que a intensidade continua a ser aumentada pode eventualmente ser vista com cor e, neste

caso, detectada pelo sistema fotpico. diferena de sensibilidade entre os sistemas

fotpicos e escotpico denomina-se intervalo fotocromtico. A partir dos 650nm (regio do

vermelho) o sistema fotpico torna-se mais sensvel que o sistema escotpico (4,17).

O efeito de Purkinje ocorre devido ao deslocamento do pico de sensibilidade dos 507nm para

os 555nm, medida que passamos de condies escotpicas para condies fotpicas.

Como j foi referido a retina humana contm cerca de 120 milhes de bastonetes e 6 milhes

de cones. Analisando a imagem 15 podemos observar um pico de densidade de

aproximadamente 150.000 cones/mm2 e uma maior concentrao de bastonetes nos 20 graus

Figura 14- Funes de sensibilidade em condies escotpicas e fotpicas. Estas funes representam a sensibilidade absoluta dos dois sistemas (4).


21

de excentricidade retiniana. Isto significa que quando queremos observar uma estrela, no

devemos olha-la directamente mas sim dirigir o nosso olhar para um ponto ligeiramente ao

lado.

2.1 Adaptao ao escuro

A maioria de ns j teve a experincia de, depois de estar algum tempo ao sol entrar numa

sala escura no conseguir visualizar, imediatamente, os objectos com clareza. No entanto, ao

fim de alguns minutos comea-se a recuperar a viso e j se consegue observar os

objectos. Esta melhoria gradual da viso aps exposio luz (neste caso o sol), est

relacionada com a adaptao ao escuro. Por exemplo, consideram um indivduo que exposto

a uma fonte de luz muito intensa. Em seguida apaga a luz e determina-se o limiar de

deteco ao longo do tempo. Analisando-se o grfico verifica-se que o limiar de deteco

medida que o tempo vai passando, significativamente menor nos bastonetes, o que

evidencia a sua elevada sensibilidade em ambientes escuros. Este tipo de anlise tem sido

muito vantajosa para o diagnstico clnico de alguns problemas ao nvel da retina. Uma curva,

de adaptao anormal ao escuro, comum em determinados sintomas que so tpicos da

retinose pigmentar, incluindo o caso de cegueira nocturna e uma recuperao visual lenta

aps a exposio a uma luz brilhante, que ocorre muitas vezes na oftalmoscopia. O grfico da

16 figura foi obtido com um estmulo de 420nm (4,17).

Figura15-Distribuio de fotoreceptores na retina (17).


22

Uma questo que podia colocar-se seria o que poderamos esperar da forma do grfico no

caso de recorrerem a estmulos com diferentes comprimentos de onda. Sabendo que os

bastonetes so insensveis ao comprimento de onda do vermelho, ento esperaramos obter

um grfico em que no existe nenhuma transio entre cone bastonete (4,17).

Suponhamos que nos exemplos anteriores o estmulo utilizado seria um estmulo fixo, central

e que o seu tamanho atingisse tanto a fvea como uma zona envolvente da retina. Se

utilizssemos um estmulo com um dimetro de 10 graus e um outro estimulo mais pequeno,

por exemplo 0,5 graus, os resultados obtidos iriam ser diferentes porque s a funo do cone

Figura 16 - Grfico que representa a curva de adaptao ao escuro [Adaptado da referncia (19)].

Figura 17- Grfico que representa a curva de adaptao ao escuro mas com estmulos que apresentam comprimentos de onda diferentes (19).


23

iria ser evidenciada (no estimulo de 0,5 graus) devida inexistncia de resposta por parte dos

bastonetes.

2.2 Adaptao claridade

Num dia cheio de sol, a adaptao claridade estudada com um procedimento de limiar

diferencial. O limiar determinado com um flash de luz (diferencial) que apresentado sobre

um fundo de intensidade uniforme. Se a intensidade do fundo aumentada repetimos a

medida do limiar.

Figura 18- Esquema representativo do limiar diferencial (17).

Figura 19- Curva de adaptao claridade (19).


24

O grfico representado na figura 19 representa a curva de adaptao claridade. Para valores

, escurido, em que m representa o declive a deteco limitada pelo rudo neuronal.

Esta situao acontece quando, por exemplo visualiza um ponto luminoso numa sala escura

mas esse estmulo nunca existiu. Quando o , o estmulo comea a ser suficiente o que

permite sobrepor o rudo, isto , a pessoa pode responder devido alterao da prpria luz.

A expresso da lei de DeVries Rose referncia a importncia das flutuaes da fonte na

determinao do limiar:

(3)

onde o limiar diferencial e a intensidade do fundo. Por outro lado, se o ,

medida que se aumenta o fundo, as flutuaes da fonte ocorrem na mesma proporo, a lei

de Weber permite justificar esta caracterstica, representa um valor constante (4,17).

(4)

A saturao ocorre quando , nesta situao a pessoa deixa de perceber o estmulo

porque h muita luminncia (20).

2.3 Resoluo e somao espacial

A acuidade visual em condies fotpicas da ordem de 20/20, enquanto que, a acuidade

escotpica de cerca de 20/200. Isto significa que, em condies fotpicas, o ser humano v

melhor pois tem uma maior capacidade de perceber os detalhes e uma sensibilidade ao

contraste superior. Por outro lado, a capacidade de detectar um estmulo muito maior em

condies escotpicas. Na figura 14 podemos observar que para um estmulo de 500nm seja

detectado em condies fotpicas dever ser cerca de mil vezes mais intenso do que no caso

de condies escotpicas. Pode ento concluir-se que em condies fotpicas a sensibilidade

ao contraste e a resoluo visual so maiores mas, em condies escotpicas maior a

sensibilidade absoluta. Pode considerar-se que o compromisso entre a resoluo visual e

sensibilidade est, de certa forma, relacionado com a forma como cones e bastonetes esto

ligados aos elementos receptores posteriores da retina (4,17).

Os bastonetes comunicam com as clulas ganglionares de maneira a somarem a informao

espacial, permitindo grande sensibilidade mas pobre resoluo. Por outro lado os cones

comunicam de maneira a maximizar a resoluo mas sacrificam a sensibilidade (4,17).

Na figura 20 est esquematicamente representado a forma como os bastonetes e cones se

conectam com a clula ganglionar. Observando esta figura verifica-se que esta organizao

permite que o sistema escotpico atinja o limiar.


25

Considerando o mesmo valor numrico de energia 10 quanta, verifica-se que:

No esquema A- O indivduo s consegue detectar um s ponto devido soma espacial (muitos

bastonetes comunicam com a mesma clula ganglionar, e o sistema escotpico soma a

informao espacial);

No esquema B- O indivduo j consegue discriminar os dois pontos.

Quando existe pouca luz o primeiro sistema a detectar o estmulo o sistema escotpico, mas

s o sistema fotpico que tem resoluo suficiente para detectar o detalhe, ou seja, o

nmero de pontos luminosos. por este motivo que podemos ver uma estrela pouco luminosa,

na noite escura, tendo uma acuidade escotpica de apenas 0,1 (4).

A lei de Ricco permite calcular a somao espacial, que classicamente demonstrada

considerando-se um observador na presena de um spot de luz muito pequeno a partir do qual

se determina o nmero limiar de quanta necessrio para detectar a luz. A experincia

repetida considerando-se spots de tamanho superior e a partir daqui possvel representar

graficamente a funo obtida na figura 21. Esta lei matematicamente apresentada por:

(5)

onde I representa a intensidade dos estmulos (quanta/rea), A a rea dos estmulos e uma

constante. Analisando o grfico da figura 21 verifica-se que, at aos 10 minutos de arco, o

nmero de quanta necessrio para haver deteco constante, o que significa que o nmero

limiar de quanta pode ser fornecido num spot de 1 minuto de arco ou espalhado numa rea

maior at 10 minuto de arco, ao qual se d o nome de dimetro crtico (4,17).

A B

Figura 20- Ilustrao esquemtica da organizao dos elementos receptores posteriores da retina do (A) sistema escotpico e (B) do sistema fotpico (4).


26

A diferena na somao espacial entre os sistema escotpico e o sistema fotpico manifesta-

se como uma diferena nos seus dimetros crticos. Devido reduzida capacidade de somao

espacial do sistema fotpico no deve ser surpresa o facto de o dimetro crtico do sistema

fotpico ser menor do que o do sistema escotpico.

2.4 Resoluo e somao temporal

Na viso fotpica e escotpica existem, tambm, diferenas significativas nas propriedades

temporais. O sistema escotpico soma a informao ao longo do tempo, em maior medida do

que o sistema fotpico por isso, apresenta uma maior somao temporal. No entanto, o

sistema fotpico capaz de distinguir dois flashes de luz separados por um curto intervalo de

tempo, o que permite uma maior resoluo temporal (4,17).

Figura 21- Expresso clssica de Ricco que demonstra a somao espacial em condies escotpicas (4).


27

Figura 22-Esquema que representa propriedades temporais do sistema escotpico assumindo uma somao temporal num perodo de 100ms. A linha a tracejada representa o limite para um nico pulso (4).

Na figura 22 so representadas as propriedades temporais do sistema escotpico para um

perodo de somao temporal (PST) de 100ms. A linha a tracejado representa o limiar da

intensidade da fonte luminosa. Se forem considerados dois pulsos inferiores ao limiar, figura

22-A, separados por um intervalo de tempo (IPI) de 120ms, superior ao perodo de somao

temporal, o estmulo no percebido porque s um dos pulsos se encontra dentro do PST o


28

que no permite a sua soma e assim no alcana o limiar, por isso nenhum dos flashes so

visualizados. Contudo, reduzindo o IPI para 90ms, figura 22-B, torna-se possvel a observao

de um flash. Neste caso os dois pulsos ocorreram durante o PST e assim permite que a sua

soma alcance o limiar e o estmulo visto. Mantendo o IPI da figura 22-C, mas aumentando a

intensidade dos pulsos acima do limiar estabelecido, no permite que o observador visualize

os dois flashes, mas apenas um. Finalmente, mantendo a intensidade dos pulsos em relao

figura 22-C mas aumentando o IPI, figura 22-D, observam-se dois flashes. Porque o elevado

grau de somao temporal do sistema escotpico limita-lhe a sua capacidade de distinguir

eventos temporais de modo que, s quando estes dois pulsos (superiores ao limiar) esto

afastados mais de 100ms que o observador capaz de perceber dois flashes (4).

O sistema fotpico representado na figura 23 apresenta um PST pequeno.

Tal como no exemplo da figura 22, neste caso os dois pulsos representados - figura 23-A -

foram estimulados abaixo do limiar. Como PST pequeno eles, no so adicionados, e por isso

o estmulo no percebido. Para que se detecte um flash necessrio diminuir o IPI entre os

pulsos figura 23-B. Apesar do sistema fotpico ter uma fraca somao temporal, apresenta

uma resoluo temporal maior. Esta concluso comprovada pelo exemplo da figura 23-C,

Figura 23- Esquema que representa as propriedades temporais do sistema fotpico assumindo um perodo de somao temporal de 10ms (4).


29

onde est claro que os dois pulsos, separados por um IPI de 50ms, permite ao observador

distinguir dois flashes. O sistema escotpico com o seu elevado grau de somao temporal,

no seria capaz de perceber estes estmulos (4).

Ao contrrio do sistema fotpico, o sistema escotpico apresenta uma excelente sensibilidade

porque, devido ao elevado grau de somao temporal e sensibilidade absoluta, capaz de

somar a informao simultaneamente, no espao (somao espacial) e no tempo (somao

temporal). Em contrapartida o sistema fotpico apresenta uma excelente resoluo espacial e

temporal.

A lei de Bloch, representao temporal da lei de Ricco, pode ser matematicamente

representada pela expresso. Consiste numa expresso matemtica que nos permite

comprovar todas as caractersticas referenciadas anteriormente.

(6)

Onde I representa a intensidade do estmulo (quanta/tempo), a durao do estmulo e

uma constante. A figura 24 representa graficamente a lei de Bloch, permite que se conclua

que dentro do perodo crtico (durao crtica) existe somao temporal total.

Enquanto o mnimo limiar de quanta for fornecido durante esta durao crtica (no importa

como fornecido) podem ser apresentados um ou mais flashes. Flashes mltiplos

apresentados dentro deste perodo crtico no so percebidos e apenas um flash visto. As

duraes crticas destes dois sistemas so diferentes, isto , a viso escotpica apresenta uma

durao crtica de cerca de 100ms e a fotpica 10 a 50ms (4,17).

Figura 24- Expresso clssica de Blochs que demonstra a somao temporal em condies fotpicas (4).


30

Captulo

3 Viso das Cores

O olho o rgo do nosso corpo que permite captar imagens do ambiente em redor. nele

que se inicia o processo que entendemos por viso, processo esse que, no caso do ser

humano, responsvel por mais de 90% das informaes que somos capazes de captar.

Significa isso que qualquer leso neste rgo que, implique a queda da acuidade visual tem

como consequncia srias limitaes interaco do indivduo com o mundo ao seu redor.

A cor uma percepo visual provocada pela aco de um feixe de fotes sobre clulas

especializadas da retina que transmitem, atravs de informao pr-processada ao nervo

ptico, impresses para o sistema nervoso.

A cor relacionada com os diferentes comprimentos de onda do espectro electromagntico e

algo que nos to familiar que se torna difcil compreender que ela no corresponde a

propriedades fsicas do mundo, mas sim sua representao interna a nvel cerebral. Ou seja,

os objectos no tm cor, a cor corresponde a uma sensao interna provocada por estmulos

fsicos de natureza muito diferente que do origem percepo da mesma por um ser

humano.

3.1 Teoria tricromtica

A explicao para a viso das cores fundamentada na teoria tricromtica. Esta teoria

considera a existncia de trs tipos de fotoreceptores (cones), constitudos por pigmentos de

diferentes comprimentos de onda: vermelho (560nm), verde (530nm) e azul (430nm), pelo

que a percepo normal das cores o resultado da adio da informao obtida pelos trs

cones. Alguns autores sugerem que os indivduos podem ser classificados de acordo com a sua

percepo cromtica, em tricromatas normais e anormais, dicromatas e acromatas ou

monocromatas (4,17).

3.1.1 Monocromata

Uma pessoa com apenas um fotopigmento designada como apresentando caractersticas de

monocromacia (s com um fotopigmento). Na figura 30 est representado o espectro de

absoro para um indivduo deste tipo.


31

Observando a figura 25 podemos, por exemplo, tentar perceber se ser possvel um indivduo

monocromata distinguir duas fontes de luz. Por exemplo, se se mostrar ao indivduo dois

padres emitindo ambos 100 quanta de luz mas com a e b, verifica-se que as probabilidades

de absoro so diferentes. A probabilidade de absoro para a 25% e para b 50%.

Neste caso o indivduo percebe as diferenas de luminosidade, sendo b mais luminoso que o

outro, visto ter duas vezes mais probabilidade de absoro.

Um outro exemplo, se se mostrar dois padres ao indivduo, um a emitir 200 quanta (a) e o

outro a emitir 100 quanta (b), podemos assim concluir que, para um indivduo monocromata

sempre possvel ajustar a intensidade de duas fontes de modo a que estas paream iguais

(4,17).

Para este tipo de anlise importante no esquecer que, quando um fotopigmento absorve

um quanta de luz, toda a informao relativa ao seu comprimento de onda perdida. Quando

varia a absoro de comprimento de onda s varia a probabilidade de absoro, activao

igual em todos os comprimento de onda, a isto designamos o principio da univarincia (4,17).

Como o indivduo consegue distinguir em termos de intensidade, logo consegue distinguir

cores, uma vez que faz um processo de aprendizagem e sabe que aquela luz que ele v mais

brilhante, as outras pessoas chama verde.

Figura 25- Grfico representativo da curva de absoro deste fotopigmento em funo do comprimento de onda (4).


32

3.1.2 Dicromata

Os dicromatas apenas tm dois dos trs fotoreceptores e so classificados em: protanopes

(falta o eritopigmento), deuteranopes (falta o cloropigemento) e tritanopes (falta o

cianopigmento).

Observando a figura 26 podemos, por exemplo, tentar perceber se ser possvel se um

individuo dicromata consegue distuinguir duas fontes de luz como iguais. Se se mostrar ao

indivduo dois padres ambos 100 quanta de luz mas com a e b, verifica-se que as

probabilidades de absoro so diferentes. A probabilidade de absoro para a 60% do

fotopigmento M e 20% do fotopigmento L, para o b 40% do fotopigmento M e 80% do

fotopigmento L. Neste caso o indivduo distingui a diferena das fontes de luz, no consegue

ajustar a intensidade de duas fontes de modo a que estas paream iguais. Ento o exemplo

seguinte sugere a utilizao de mais uma fonte (4,17).

Figura 26- Grfico representativo da curva de absoro dos fotopigmento (M e L) para um indivduo dicromata (4).


33

Na figura 27 ao mostrar trs padres ao indivduo, um a emitir 300 quanta (a), o outro a

emitir 500 quanta (b) e o terceiro a emitir 300 quanta (b) verifica-se que as probabilidades

de absoro so diferentes. A probabilidade de absoro para a 60% do fotopigmento M e

20% do fotopigmento L, para o b 40% do fotopigmento M e 80% do fotopigmento L e para o

c 7% do fotopigmento M e 80% do fotopigmento L. Neste caso possvel ajustar a

intensidade das trs fontes de modo a que estas paream iguais (4,17).

Figura 27- Grfico representativo da curva de absoro dos fotopigmento (M e L) para um indivduo dicromata apresentando neste exemplo trs fontes de luz (a,b,c) (4).


34

3.1.3 Tricromata

Encontra-se estabelecido que a maioria dos seres humanos possui uma viso tricromtica (trs

tipos de fotopigmentos M, L e S). Dentro do grupo tricromata podemos referenciar a

existncia de tricromatas anmalos que constituem o maior grupo de indivduos com

discromatopsia. A sua viso semelhante ao dos indivduos com viso normal, isto , possuem

trs sistemas receptores, vermelho, verde e azul, mas, no entanto, apresentam uma

deficincia nos sistemas.

Uma pessoa com viso tricromtica capaz de ajustar as intensidades relativas de dois

padres, com pelo menos quatro comprimentos de onda, de tal modo que os padres paream

idnticos. Consideremos os dois padres, A e B, representados na figura 28 que, apesar de

serem fisicamente diferentes, parecem idnticos pois apresentam o mesmo nmero de

absores (4).

3.2 Tonalidade, saturao e brilho

Quando dizemos que um estmulo verde estamos a fornecer uma informao incompleta.

necessrio juntar mais alguns detalhes, uma vez que existem diferentes variantes do verde.

Os investigadores que se dedicam ao estudo da cincia da cor caracterizam-na de acordo com

trs caractersticas percepcionais, a tonalidade, a saturao e o brilho, que no so

totalmente independentes umas das outras.

3.2.1 Tonalidade

A tonalidade estreitamente associada com o comprimento de onda. Um estmulo de 540nm

tem uma tonalidade verde, enquanto que um estmulo de 570nm tem uma tonalidade mais

amarelada (4,17).

3.2.2 Saturao

Uma cor desnaturada no manifesta uma intensidade muito forte, parece que est misturada

com branco, por outro lado, uma cor saturada apresenta uma forte tonalidade sem parecer

deslavada como a desnaturada.

a + b c + d

A B

Figura 28- Representao de dois padres fisicamente diferentes

[Adaptado da referncia (4)].


35

A percepo da saturao est relacionada com o comprimento de onda. Um estmulo

monocromtico, que por definio no tem adicionado luz branca, designado como

apresentando uma pureza colorimtrica igual a 1. A pureza colorimtrica uma

propriedade fsica do estmulo, representada pela seguinte equao:

(7)

onde L a luminncia da amostra, Lw corresponde luminncia da amostra combinada com

luz monocromtica (4,17).

Esta relao permite quantificar a quantidade de branco adicionada luz monocromtica e,

por isso perceber o grau de saturao da amostra. Por exemplo, um estmulo monocromtico

de 440nm (com p = 1), parece mais saturado do que igual combinao dum estmulo de 440nm

com luz branca para o qual p = 0,50 (4,17).

Se no for adicionado branco a pureza colimtrica seria igual a um.

3.2.3 Brilho

No perfeitamente definvel, pois psicolgico e subjectivo, depende do observador. a

parte da cor que nos induz a sensao de luminncia (medida da densidade da intensidade de

uma luz reflectida numa dada direco), dependendo desta, o objecto mais ou menos

brilhante (4,17).

3.3 Discriminao do comprimento de onda

A nossa capacidade de distinguir um comprimento de onda de outro, maior em certas zonas

do espectro electromagntico do que noutras. Esta afirmao pode ser mais facilmente

percebida considerando a curva representada na figura 30 (recorrendo experincia do

campo bipartido).

Figura 29- Figura ilustrativa de um campo bipartido (4).


36

A experincia de um campo bipartido representado na figura 29, consiste inicialmente num

campo uniforme (com o mesmo comprimento de onda t). Posteriormente alteramos o

comprimento de onda at o indivduo perceber que h alterao de cor (t+).

Os resultados da experincia anterior esto representados na figura 30. Devido sua forma,

esta curva habitualmente designada curva-W da discriminao da cor.

Analisando os resultados obtidos podemos concluir que, aos 400nm necessrio uma

diferena superiora () a 6nm para se perceber a diferena na cor, aos 425nm a diferena j

menor logo existe uma maior sensibilidade. Aos 495nm e aos 590nm, podemos comprovar

que a sensibilidade mxima uma vez que, pequenas variaes de 2nm so suficientes para

percebermos a diferena na cor (4,17).

3.4 Efeitos Cromticos Fenmeno Bezold-Bruke

A tonalidade da maioria dos estmulos monocromticos varia ligeiramente medida que a sua

intensidade ajustada.

Figura 30- As variaes da tonalidade ao longo do espectro (4).


37

A experincia que comprova a existncia deste fenmeno recorre utilizao de um campo

bipartido (figura 31). Um dos lados mantm um comprimento de onda fixo (c) e o outro

permite ter um comprimento de onda varivel (v) (4,17).

Inicialmente na experincia a luminncia e o comprimento de onda so iguais em ambos os

lados (v igual ao c). De seguida aumenta-se progressivamente a intensidade no lado do v

at a pessoa perceber a diferena de tonalidade. Mais tarde ajustamos do lado do c a

intensidade, at que a pessoa volte a ver a mesma tonalidade (4).

Na figura 32 esto representadas trs linhas verticais fixas (que podem designar-se como

pontos invariantes) que correspondem a um determinado comprimento de onda 478nm,

503nm e 578nm. As tonalidades associadas a estes comprimentos de onda chamam-se

tonalidades nicas, uma vez que, se aumentar a intensidade a tonalidade percebida sempre

a mesma (4,17).

3.5 Constncia de cor

Designa-se por constncia de cor a aparncia, aproximadamente constante, da cor dos

objectos em diferentes condies de iluminao. Esta caracterstica permite que se

Figura 31- Figura ilustrativa de um campo bipartido (4).

Figura 32- Ao variar a intensidade a tonalidade destes trs comprimentos de

onda (478nm, 503nm, 578nm) constante (4) .


38

identifiquem objectos, mesmo que as condies de iluminao variem, se assim no fosse, o

mundo seria muito confuso (4,17).

O sistema visual faz as correces necessrias para perceber a mesma cor. Os factores que

dependem da cor do objecto so: o prprio objecto, o receptor, a fonte de iluminao e se

existe ou no constncia de cor.

3.6 Teoria das cores oponentes

Quando um indivduo olha, durante alguns segundos, para a cor verde e depois para uma

parede branca, este visualizar a cor vermelha. Isto acontece porque, se olharmos para uma

determinada cor durante algum tempo, o sistema visual fica saturado com essa cor. Por esse

motivo, quando um indivduo olha para uma parede branca, ele observar a cor

complementar da primeira (figura 33). Isto uma das razes para os mdicos usarem batas

verdes durante as cirurgias, como passam muitas horas seguidas a olhar para a cor vermelha,

ao estarem vestidos de branco a visualizarem os colegas, viriam a ps imagem (cor verde) e

assim, quando olham para as batas j vm verde tornando-se menos incmodo (4,17).

Figura 33- Exemplificao dos canais das cores oponentes (4).


39

Ao longo da retina neural, apresenta-se alguns tipos de clulas ganglionares que tm um

comportamento diferente segundo o comprimento de onda que lhes incide. Por exemplo, na

figura 34 para comprimentos de onda curtos (abaixo de 570nm) a resposta da clula

ganglionar seria a inibio e para comprimentos de onda superior a 570nm seria a activao.

O exemplo da figura 34 pode exemplificar o que acontece com a teoria das cores oponentes

(4,17).

Figura 34- Frequncia dos potenciais de aco em funo do comprimento de onda em algumas clulas ganglionares (4).

Figura 35- Frequncia dos potenciais de aco em funo do comprimento de onda para algumas clulas ganglionares (4).


40

Em contrapartida, na figura 35 as clulas ganglionares activam-se sempre (a activao pode

ser mais ou menos intensa dependentemente do comprimento de onda que lhes incide). Esta

caracterstica pode ser evidente quando abordamos a capacidade do indivduo (monocromata)

em distinguir as cores em termos de intensidade, porque neste existem comprimentos de

onda que vo encadear mais activao do que outros (4,17).

3.7 Modelos actuais da Viso das Cores

A fisiologia da viso das cores estabeleceu duas teorias: a teoria tricromtica e a teoria das

cores oponentes. Cada uma das teorias demonstra um determinado funcionamento, a teoria

tricromtica explica o funcionamento da retina sensorial (dos trs tipos de cones), enquanto

que, a teoria das cores oponentes explica o funcionamento do que acontece aps a retina

sensorial (a partir do processamento das clulas ganglionares) (4,17).

3.8 Sistema Munsell de especificao das cores

A capacidade de descrever verbalmente a cor no coincide com a nossa capacidade de

perceber uma discriminao fina da cor. Considere-se, por exemplo, que se pretende pintar

uma pequena parte de uma parede, igual cor original, embora parece ser simples para

qualquer pessoa, na realidade isso no acontece porque, dentro da mesma cor existem

centenas delas que variam em tonalidade, saturao e brilho (4,17).

O sistema de Munsell permite-nos descrever as cores com uma grande especificidade ao longo

das trs dimenses fsicas.


41

O sistema de Munsell pode ser comparado a uma figura geomtrica cilndrica, em que a

tonalidade muda ao longo do permetro, contendo cores primrias (vermelho, amarelo, verde,

azul e roxo) que tambm so subdivididas em cores intermedirias. A saturao medida

como um raio que varia de 1 a 14, em que na periferia as cores so mais desaturadas. O brilho

muda ao longo da dimenso vertical, com o 0 a indicar o mnimo de reflexo e 10 o mximo.

3.9 Sistema de especificao das cores (CIE)

O sistema de especificao das cores (CIE) baseado na teoria tricromtica, cada cor

descrita com base em cores primrias (verde, vermelho e azul). A experincia da figura 37

recorre utilizao de um campo bipartido que consiste em adicionar vermelho (r), verde

(g) e azul (b) de um dos lados, de modo a conseguir obter a mesma cor que foi estabelecida

inicialmente (v) (4,17).

Figura 36- Sistema de Munsell (4).


42

A partir do grfico obtido da figura 37 podemos observar que na obteno da tonalidade que,

corresponde aos 600nm, necessitamos de uma grande quantidade de vermelho (r), alguma de

verde (g) e nenhuma de azul (b). No entanto, existe uma zona do espectro do visvel (450nm

a 550nm) que, um dos valores dos triestmulos negativo. O que obrigaria retirar (r) do lado

da amostra, mas como esse processo difcil de pr em prtica, (tornando-se limitativo)

sugere-se uma mudana nas variveis.

Inicialmente o sistema da CIE utilizava funes , e na obteno dos valores

primrios reais dos triestmulos (R,G,B). Com a mudana de variveis as funes so

transformadas em funes primrias imaginrias que so fundamentais na

aquisio do valor dos triestmulos (X,Y,Z) (4,17).

Figura 37- Representa as quantidades dos valores dos triestmulos em funo do

comprimento de onda que foram obtidos na experincia do campo bipartido (4).


43

3.10 Diagrama de Cromaticidade (x,y) da CIE

As equaes (8), (9), (10) e (11) relacionam o valor dos triestmulos imaginrios (X,Y,Z) com

as coordenadas de cromaticidade . Para compararmos o valor dos triestmulos

imaginrias s cores reais necessrio proceder a uma converso que se efectua se

recorremos s equaes descritas (4,17).

A soma destas coordenadas deve ser igual a 1. Portanto se duas das coordenadas so

conhecidas (x,y), podemos calcular a terceira (z).

Figura 38- Grfico que representa as funes primrias imaginrias

(4).


44

Figura 39- Diagrama de cromaticidade da CIE, todas as cores fisicamente existentes encontram-se inseridas neste diagrama (4).


45

Captulo

4 Anomalia da Viso das Cores

Aproximadamente 4,5% da populao tem problemas na viso das cores. A maioria dos casos

so hereditrios, embora no representem uma ameaa, podem afectar profundamente o

desempenho de certas actividades a nvel escolar e tambm no trabalho. Problemas

adquiridos, como o caso de degeneraes da retina e, intoxicaes tambm causam

anomalias. Podem ter um profundo efeito sobre o desempenho visual (4).

A tabela 1-2 separa as anomalias em dois grandes grupos, o tricromata anmalo e o

dicromata.

Tabela 1-Referencia os vrios defeitos que existem num tricromata anmalo (4).

Tabela 2- Referencia os vrios defeitos que existem num dicromata (4).

Dicromata

Confuso max Protanopes Protan R-G 540

Deuteranopes Deutan R-G 560 Tritanopes Tritan B-Y 555 Tetranopes Tritan B-Y 560

Nos tricromatas anmalos os trs fotopigmentos existem, no entanto o pico de sensibilidade

est deslocado. Nos dicromatas existe a falta de um dos pigmentos, no protan o

eritopigmento (vermelho), no deutan corresponde ao cloropigmento (verde), no tritan falta o

cianopigmento (azul) e no tetranopes tambm no apresenta o cianopigmento s que o pico

de sensibilidade encontra-se deslocado em relao ao anterior.

O fotopigmento em falta presumivelmente substitudo por um fotopigmento remanescente.

A substituio do fotopigmento ausente por um fotopigmento remanescente consistente

com a acuidade de resoluo normal da dicromacia.

Tricromata anmalo

Confuso max

Protanomalos Protan R-G 540 Deuteranomalos Deutan R-G 560

Tritanomalos Tritan B-Y 560


46

4.1 Caractersticas dos indivduos com discromatopsias

Pessoas com anomalia na viso das cores processam a informao cromtica de maneira

diferente, sobretudo na sensibilidade espectral, na discriminao do comprimento de onda e

nos eixos de confuso.

4.1.1 Sensibilidade espectral

Na figura 40 observamos um tricromata normal (A) com trs zonas de maior sensibilidade, que

correspondem aos trs fotopigmentos (440nm, 520nm e nos 620nm). Os restantes grficos j

equivalem a um indivduo dicromata (B) em que s apresentam dois tipos de fotopigmentos

(4,17).

Figura 40- Grficos representativos dos picos de sensibilidade de um indivduo tricromata normal (A) e de um indivduo dicromata (B) [Adaptado da referncia (4)].

A

B B


47

4.1.2 Descriminao do comprimento de onda

O grfico da figura 41 mostra as funes discriminatrias de um indivduo tricromata normal

e, de um dicromata (protanopia e deuteranopia). Os indivduos com deuteranopia e

protanopia apresentam uma descriminao bem desenvolvida na regio dos 490nm em

comprimentos de onda mais longos (a partir dos 545nm) no existe capacidade em discriminar

estmulos com base na diferena do comprimento de onda (4,17).

Figura 41-Discriminao do comprimento de onda em casos de um deuteranopia e protanopia (4).


48

4.1.3 Eixos de confuso

A capacidade das pessoas dicromatas em dintinguir as cores entre elas lim

as cores e a visão e a visão das cores

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