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domingo 31 de julio de 2016

Lo mínimo que puede percibir el ojo humano

Según un estudio, seríamos capaces de detectar un único fotón, la únidad mínima de luz.

La visión humana es muy sensible, tanto que podemos percibir unos pocos fotones. Un fotón es la partícula portadora de todas las formas de radiación electromagnética: rayos gamma, rayos X, luz ultravioleta, luz visible, infrarroja, microondas y las ondas de radio. Sin embargo, no se conoce el número mínimo de fotones que podemos percibir. ¿Dos, tres, o incluso uno solo?

En junio del año pasado, Rebecca Holmes, física de la Universidad de Illinois, obtuvo indicios de que el ojo humano sería capaz de percibir destellos compuestos por solo tres fotones. Sin embargo, no llegó a examinar el umbral último de la percepción: la respuesta del organismo ante un único fotón.

Se sabe que un solo fotón es capaz de estimular a un bastón. Pero el enigma es si esto es suficiente para alcanzar el nivel de percepción consciente que nos permita detectarlo.

Un experimento reciente publicado en "Nature Communications" por este mismo equipo sugiere que sí seríamos capaces de detectar destellos de luz compuestos por un único fotón, la unidad más pequeña de energía luminosa. «Lo más asombroso es que no es como ver luz. Se trata casi de una sensación, algo situado al borde de la imaginación», aclara Alipasha Vaziri, de la Universidad Rockefeller de Nueva York, que no solo ha dirigido el estudio sino que ha intervenido en él, probando cómo es ver un fotón.

Además de registrar la capacidad del ojo humano para registrar un solo fotón, los investigadores encontraron que la probabilidad de hacerlo mejora cuando otro fotón se percibe unos segundos antes, como si un fotón allanase el camino al siguiente.

Pero una sensación indefinida como la que refiere Varziri, que él mismo participe en el experimento y una estadística basada en tres sujetos no parece una base muy sólida para sacar conclusiones. Al menos, sin que lo replique otro equipo independiente.

En el experimento participaron solo tres varones, que tuvieron que permanecer sentados en la oscuridad absoluta durante 40 minutos, el periodo de espera imprescindible para que el ojo se adapte plenamente a la oscuridad.

En la retina tenemos dos tipos de células receptoras de la luz, descritas por Max Schultze en 1866: bastones y conos. Los conos nos permiten ver los colores en condiciones de luz, mientras que los bastones son responsables de la visión nocturna y sólo transmiten información con intensidades lumínicas bajas. Por lo tanto, si se busca detectar un solo fotón, hay que mirar a los bastones.

El ojo adaptado a la oscuridad posee una sensibilidad muy superior respecto a su estado de adaptación a la luz. Al pasar de un lugar iluminado a otro oscuro, la pupila se dilata, permitiendo la entrada de 16 veces más de luz. Pero para llegar a la máxima sensibilidad debemos permanecer en una oscuridad total durante al menos 35 minutos, algo que en nuestras ciudades siempre iluminadas pocas veces ocurre. Ese es el tiempo que necesita la rodopsina, el pigmento que reacciona a los fotones, para regenerarse totalmente y estar a pleno rendimiento. Ese lapso de tiempo coincide con el que necesitan los bastones de nuestros ojos para adaptarse a la oscuridad.
Viendo fotones

Volviendo al experimento, los participantes, al pulsar un botón, oían dos sonidos separados por un intervalo de un segundo. En algunas ocasiones, uno de los sonidos estaba acompañado de la emisión de un fotón y en otras no. Y los participantes debían decir en qué momento habían "visto" el fotón y cuantificar lo seguros que estaban de haberlo percibido en una escala de 1 a 3.

Los tres participantes fallaron en muchas ocasiones, algo que era de esperar porque más del 90 por ciento de los fotones que alcanzan el ojo son absorbidos o reflejados antes de que puedan alcanzar un bastón, la célula especializada que percibe la luz.

Como descubrieron Selig Hecht, Simon Shlaer y Maurice Pirenne en 1942, en las mejores condiciones posibles, después de la total adaptación a la oscuridad, de cada 100 fotones que alcanzan la córnea, sólo el 45% llegan a la retina. Y de estos sólo el 20% es absorbido por la rodopsina. A pesar de todo, los participantes en el experimento acertaron más veces de lo que cabría esperar si hubieran contestado al azar.

Además, su grado de confianza en la percepción del estímulo era mayor cuando acertaban que cuando fallaban. Los tres voluntarios asistieron a más de 2.400 ensayos en los que se emitió un fotón, y a otros más en los que no se emitió ningún fotón. Los autores sostienen que ese elevado número de intentos confiere una elevada confianza estadística al resultado, pese al bajo número de participantes.

En las ranas se ha demostrado que las células sensibles a la luz de la retina, denominadas bastones, se excitan ante la llegada de un solo fotón. Sin embargo, el procesamiento de la información en la retina tiende a reducir el «ruido» proveniente de falsas alarmas, por lo que hasta ahora no había sido posible confirmar si la señal procedente de un único bastón acabaría llegando al cerebro o sería descartada.

Sin embargo, no todos los científicos confían plenamente en este trabajo. Para algunos, como Leonid Krivitsky, físico de la Agencia para la Ciencia, la Tecnología y la Investigación de Singapur, «el único aspecto que me hace ser escéptico es que solo participasen tres sujetos». Además, destaca, todos los participantes eran varones, pese a que la fisiología visual de hombres y mujeres presenta sutiles diferencias. A pesar de todo, Krivitsky cree que si el experimento se repite con más voluntarios, el método empleado permitirá zanjar definitivamente la cuestión del límite de la visión humana.

Una vez salvadas esas críticas, el trabajo abriría el camino para averiguar hasta qué punto las propiedades cuánticas de la materia, como la capacidad de un fotón de encontrarse en dos lugares al mismo tiempo, afectan a la biología. Y Vaziri se propone dar un paso más para investigar la respuesta del sistema visual ante fotones en distintos estados cuánticos. En particular, en aquellos en los que un fotón se encuentra en dos estados a la vez. Algunos investigadores han sugerido que tales experimentos podrían servir para comprobar si la superposición cuántica de estados sobrevive en el sistema sensorial humano y, en caso afirmativo, si puede ser percibida en el cerebro.
Fuente: abc.es

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