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A percepção visual depende da interação entre a intensidade luminosa que chega à retina e a sensibilidade dos fotorreceptores responsáveis por convertê-la em sinais nervosos. Cones e bastonetes respondem de modo diferente aos fótons, o que explica tanto a visão em cores quanto a capacidade de enxergar em ambientes pouco iluminados. Esse conjunto de processos, fundamentais para entender o funcionamento do sistema visual, constitui um tema relevante no contexto do ENEM.

No processo de captação da luz pelo olho para a formação de imagens estão envolvidas duas estruturas celulares: os cones e os bastonetes. Os cones são sensíveis à energia dos fótons, e os bastonetes, à quantidade de fótons incidentes. A energia dos fótons que compõem os raios luminosos está associada à sua frequência, e a intensidade, ao número de fótons incidentes.

Um animal que tem bastonetes mais sensíveis irá

A) apresentar daltonismo.

B) perceber cores fora do espectro do visível.

C) enxergar bem em ambientes mal iluminados.

D) necessitar de mais luminosidade para enxergar.

E) fazer uma pequena distinção de cores em ambientes iluminados.

A visão é o sentido que garante ao organismo a capacidade de detectar estímulos como cor e movimento, possibilitando a percepção de imagens detalhadas do ambiente. Captar sinais visuais requer um órgão – o olho – capaz focalizar a luz e responder a esse estímulo, bem como vias nervosas para interpretar o sinal obtido e gerar as imagens.

A luz é uma forma de radiação eletromagnética que exibe características tanto de onda (amplitude e frequência) quanto de partícula (fóton). Esses dois aspectos são necessários para compreender como funciona o sistema visual.  Por exemplo, quando se trata de determinar a sensibilidade à luz, é comum referir-se aos fótons, enquanto a percepção de cores relaciona-se ao comprimento de onda.

O espectro eletromagnético é a representação dos diferentes comprimentos de onda, que podem exibir de vários quilômetros (caso das ondas de rádio), até trilionésimos de metro como se verifica com os raios gama. O comprimento é inversamente proporcional a frequência da onda eletromagnética.

Apenas a radiação eletromagnética com comprimento de onda entre 400 e 750 nanômetros (nm) é percebida pelo olho humano e constitui o espectro visível. Um nanômetro corresponde à 10^-9 metro, ou seja, um bilionésimo de metro. Os comprimentos de onda situados no espectro visível são percebidos como diferentes cores.

Os olhos localizam-se no interior das órbitas (cavidades orbitárias) situadas na região frontal do crânio.

Protegendo e auxiliando o funcionamento dos olhos, encontram-se estruturas acessórias: supercílios (sobrancelhas), cílios, conjuntiva, aparelho lacrimal e os músculos extrínsecos.

O globo ocular exibe parede composta por três camadas que recebem a denominação de túnica.

A túnica externa é fibrosa e resistente, sendo constituída pela esclera (“branco do olho”) e pela córnea. A córnea é uma estrutura transparente situada na porção anterior da túnica externa. Sua forma convexa faz com que ela funcione como uma lente convergente, contribuindo para focalizar a radiação luminosa na retina.

 A túnica média ou úvea, situada logo abaixo da túnica externa, é formada pela coroide, corpo ciliar e íris. A coroide constitui a maior parte da túnica média e se caracteriza por ser muito vascularizada. Os vasos sanguíneos presentes nessa região são fundamentais para a nutrição das demais camadas do globo ocular. Na coroide há células produtoras de melanina, o que faz com que essa região exiba coloração marrom-escuro. A melanina absorve os raios luminosos difusos no interior do globo ocular, o que garante a nitidez da imagem projetada na retina.

Na porção anterior da túnica média encontra-se a íris, que é a parte colorida visível do olho. Inclui as fibras musculares lisas que delimitam um orifício central denominado pupila. Esses músculos lisos regulam o diâmetro da pupila e, dessa forma, a quantidade de luz que passa pelo cristalino (lente), situado atrás da íris.

Quando o olho é exposto a uma luz brilhante, o diâmetro da pupila diminui e, consequentemente, reduz a quantidade de luz que passa pelo cristalino. Em ambientes com pouca luz ocorre o oposto, ou seja, a pupila se dilata para permitir a passagem de mais luz pelo cristalino.

Ainda na túnica média encontra-se o corpo ciliar, estrutura formada predominantemente pelos músculos ciliares. Esses músculos lisos são responsáveis por alterar a forma do cristalino (lente) para que seja possível a focalização de objetos próximos ou distantes.

A lente ou cristalino separa duas regiões no interior do globo ocular: cavidades anterior e posterior. A cavidade anterior, localizada entre o cristalino e a córnea, é preenchida por um líquido claro denominado humor aquoso. Esse líquido contribui para a manutenção do formato do globo ocular e para a nutrição do cristalino e da córnea, estruturas desprovidas de vasos sanguíneos. Em regra, o humor aquoso é totalmente substituído a cada noventa minutos.

A cavidade posterior, entre o cristalino e a retina, contém uma substância viscosa que recebe o nome de humor vítreo. O humor vítreo, que também contribui para a manter a forma do globo ocular, é produzido durante o desenvolvimento embrionário, não sendo substituído depois disso.

Constituindo a túnica interna encontra-se a retina onde se localizam os fotorreceptores, além de outros tipos celulares.

Os fotorreceptores são células sensoriais altamente especializadas responsáveis por dar início ao processo por meio do qual a radiação luminosa é convertida em impulsos nervosos que, por sua vez, são processados pelo sistema nervoso central possibilitando a visão. Existem dois tipos básicos de fotorreceptores: cones e bastonetes.

Na região posterior da retina é possível distinguir o disco óptico, onde os neurônios que transportam as informações dos fotorreceptores se unem formando o nervo óptico. Os vasos sanguíneos que irrigam o olho entram nesse órgão através do disco óptico.

Não há células fotorreceptoras (cones e bastonetes) no disco óptico, razão pela qual essa área não responde a estímulos luminosos e, devido a isso, é também conhecida como ponto cego.

Situada relativamente próxima ao disco óptico está a mácula, região circular de coloração amarela, que exibe em seu centro uma depressão denominada fóvea central. Na fóvea há elevada densidade de cones e praticamente nenhum bastonete. Devido a isso, a fóvea é a região da retina com maior acuidade visual (nitidez).

As células fotorreceptoras apresentam duas regiões cuja estrutura e função são diferentes: os segmentos externo e interno. O segmento externo exibe uma série de membranas sobrepostas formando os discos. Nos discos encontram-se as moléculas sensíveis a luz. Já o segmento interno, que contém mitocôndrias e outras organelas, caracteriza-se por apresentar em sua extremidade os terminais sinápticos que conectam essas células aos neurônios presentes na retina.

As denominações dadas aos fotorreceptores são provenientes da forma cônica ou colunar das do segmento externo dessas células.

Os bastonetes são as células fotorreceptoras que permitem a visão em locais com pouca iluminação, entretanto, a imagem produzida apresenta pouca acuidade (resolução, nitidez).

Comparados aos bastonetes, os cones fornecem maior acuidade, entretanto, dependem de maior disponibilidade de luz para atuarem.

Quando uma pessoa se dirige de um local bem iluminado para um ambiente escuro, verifica-se um curto período de “cegueira” enquanto os bastonetes são ativados. Esse processo recebe o nome de adaptação ao escuro.

Já quando a mudança é de um ambiente escuro para outro iluminado, ocorre a adaptação à luz. Nesse caso, inicialmente o olho está muito sensível à luz uma vez que os bastonetes estão ativos. Rapidamente os cones entram em ação, substituindo os bastonetes, para permitir a visão nesse local mais iluminado.

Animais com hábitos noturnos exibem retina com grande quantidade de bastonetes (pois estes são mais sensíveis à luz), enquanto aqueles diurnos têm predomínio de cones. Por serem mais sensíveis, os bastonetes são estimulados mesmo quando o número de fótons no ambiente é reduzido, ou seja, quando a intensidade luminosa é baixa.

Os cones também se diferenciam dos bastonetes por possibilitar a visão em cores. Existem três tipos de cones quanto à sua sensibilidade aos comprimentos de onda: cones vermelhos (sensíveis à luz vermelha), cones verdes (sensíveis à luz verde) e cones azuis (sensíveis à luz azul).

A visão de cores é resultado da estimulação de variadas combinações entre esses três tipos de cones, da mesma forma que misturamos tintas com as cores primárias para obter as secundárias.

A visão depende da conversão dos estímulos luminosos captados pelas células fotorreceptoras localizadas na retina e sua conversão em impulsos nervosos que, em seguida, são conduzidos para o encéfalo, onde esses sinais são processados resultando nas imagens.

A luz é uma forma de radiação eletromagnética com natureza dual, isto é, onda e partícula. As ondas eletromagnéticas exibem comprimentos variados, dos quais o olho humano é capaz de perceber uma faixa estreita, denominada espectro visível. Os diferentes comprimentos de onda exibem diferentes frequências, pois quanto maior o comprimento, menor é a frequência.

Os comprimentos de onda localizados no espectro visível são percebidos como diferentes cores.

Por sua vez, a percepção da intensidade luminosa depende da quantidade de fótons que chega à retina e da sensibilidade das células fotorreceptoras (cones e bastonetes). Os cones são menos sensíveis à luz. Isso significa que essas células dependem de maior intensidade luminosa (ou seja, maior número de fótons) para serem estimuladas. Cones são mais sensíveis à energia dos fótons, derivada dos diferentes comprimentos de onda (e, consequentemente das diferentes frequências) das cores do espectro visível. Sendo assim, os cones são adequados para a visão em ambientes bem iluminados e permitem a percepção das cores.

Os bastonetes, por sua vez, possibilitam a visão em locais pouco iluminados por serem mais sensíveis à luz. Essas células são estimuladas quando intensidade luminosa é reduzida, isto é, quando o número de fótons é pequeno. Todavia, bastonetes não permitem a visão colorida.

Dessa forma, um animal que tem bastonetes mais sensíveis irá enxergar bem em ambientes mal iluminados.