Artículo del CICESE Monterrey entre los mejores de 2020, según la Sociedad Americana de Óptica


Investigadores desarrollaron un modelo matemático para describir el cristalino


Ciencias físicas

La Sociedad Americana de Óptica seleccionó un artículo publicado por investigadores de la Unidad Monterrey del CICESE, como uno de los más sobresalientes del año 2020, en la edición especial del mes de diciembre de su revista Optics & Photonics News.

Los doctores Alfonso Isaac Jaimes Nájera, Jesús Emmanuel Gómez Correa y Víctor Manuel Coello Cárdenas, investigadores del grupo de Óptica de la Visión del CICESE Monterrey, en colaboración con el Dr. Sabino Chávez Cerda, del INAOE, y la Dra. Barbara Pierscionek, investigadora de la Universidad de Staffordshire en el Reino Unido, desarrollaron un modelo matemático dinámico para describir anatómicamente el cristalino, la parte del ojo humano que permite enfocar a diferentes distancias y tener una vista nítida.

“El paradigma que representa el modelo que desarrollamos, es que la estructura interna del cristalino está anclada a su estructura externa. Esto lo hicimos con una sola función que describe ambas estructuras, cosa que no sucedía con los modelos anteriores. Previo a este hallazgo se utilizaban distintas funciones para describir tanto la parte anterior como posterior del cristalino, un sistema asimétrico”, explicó el Dr. Jaimes Nájera.

El cristalino

Justo detrás de la pupila, el cristalino realiza un proceso de acomodo cuando el ser humano enfoca su vista a lo lejos y de cerca. Esta lente adapta su forma gracias a unos músculos llamados ciliares. Al enfocar un objeto a la distancia, los ciliares están totalmente estirados, por lo tanto, el cristalino es delgado; mientras que, al enfocar un objeto cercano, los músculos se relajan y entonces el cristalino es más grueso. Su cualidad de asimetría es lo que complica modelar al cristalino.

Históricamente, en la antigua Grecia se pensaba que el ojo era el encargado de proyectar la luz, se le consideraba como una lámpara que hacía posible observar el mundo. Pensaban “cierro los ojos y ya no veo nada. Entonces, apagué mi lámpara”. Sin embargo, se preguntaban qué ocurría durante las noches, ¿por qué no funcionaban sus lámparas? Así iniciaron los primeros modelos de ojos, explicó el Dr. Gómez Correa. Para el siglo XIX, los modelos ya eran más robustos y se tomaban en cuenta otros elementos del ojo, como la córnea y el cristalino.

“La estructura interna del cristalino es visualmente parecida a cuando se corta una cebolla por la mitad, tiene capas de diferente densidad. Esas diferentes densidades nos llevan a diferentes índices de refracción de la luz, por eso decimos que el cristalino tiene un índice de refracción gradiente”, compartió el Dr. Gómez Correa. “Cuando el cristalino se mueve, esas curvas que representan a cada una de las densidades también cambian. Entonces, no existía un modelo que cambiara tanto la forma interna como la externa; siempre se hacía de manera independiente. Esto es muy relevante porque con una sola función, hacemos ambas”, dijo.

El grupo de investigadores comprobó que los resultados teóricos caen perfectamente dentro de los datos reportados experimentalmente. Esto significa que el modelo es biológicamente relevante porque no solamente representa anatómicamente al cristalino, sino que también lo representa a nivel óptico. Es decir, la propagación de la luz a través del cristalino otorga los resultados que esperarían en ojos humanos.

“Para comprobar que nuestro modelo es adecuado, lo que hicimos fue incluir este modelo de cristalino en lo que se conoce como un ojo esquemático. Es decir, proponemos un primer modelo aproximado a un ojo completo, que toma en cuenta a la córnea, el humor vitreo, el cristalino y la distancia a la retina. Estudiamos el comportamiento óptico de este modelo mediante códigos computacionales que nosotros mismos desarrollamos, y encontramos que tienen muy buen rendimiento. Con estas ventajas que ofrecemos, tenemos un modelo sencillo, fácil de entender y de manipular, con el cual se pueden hacer predicciones importantes a nivel oftalmológico”, compartió el Dr. Jaimes Nájera.

Aplicaciones posibles

Después de los 40 años inicia el proceso de envejecimiento del cristalino y el músculo ciliar pierde su elasticidad. Por ello, a partir de esa edad, es común que las personas necesiten lentes para ver de cerca. Esta condición pasa relativamente a una edad muy temprana y permanece por el resto de la vida de una persona.

“El hecho de tener este modelo matemático es un logro, porque muchas veces a la hora de pensar en una evaluación óptica, pensamos en personas que pueden comunicar sus síntomas, pero ¿qué pasa con alguien que no puede hablar, un niño pequeño o alguien con una condición distinta? No podemos acceder a su información de manera verbal. La función matemática desarrollada ayuda a describir las cosas sin lo verbal, por lo tanto, también beneficia a disminuir ese sesgo”, compartió el Dr. Víctor Coello, director de la Unidad Monterrey.

Otra aplicación son los modelos de ojos personalizados. Es decir, si ya se cuenta con la medición de la córnea, la lente más externa del ojo y, por lo tanto, la más atendida, ahora es posible conocer las condiciones del cristalino. Al incorporar la información de la córnea y el cristalino se obtiene un modelo de ojos personalizados, para que cada persona tenga la visión que necesita, y no la visión promedio.

El investigador Gómez Correa compartió que el ojo es muy caprichoso, pues cada persona tiene condiciones particulares en la vista con aberraciones únicas. A los ojos que no necesitan lentes para ver mejor, se les conoce como emétropes, y a partir de sus mediciones se busca un modelo de ojo ideal. Sin embargo, incluso estas personas cuentan con ciertas aberraciones mínimas, por lo que no pueden ser el referente de la vista que otras necesitan.

El modelo desarrollado podría ayudar a crear una lente intraocular mucho más precisa biológicamente.

“Esto siempre ha sido relevante, pero actualmente lo es más porque la Organización Mundial de la Salud reconoce que existe un gran problema, tanto de miopía como de cataratas. Es un problema interesante porque hay una relación entre ambas: las personas más miopes, tienden a generar cataratas a una edad más joven”, explicó Jaimes Nájera. “Al ocurrir una catarata, el cristalino pierde transparencia, se vuelve opaco y hay que reemplazarlo; se extirpa y se produce una lente que lo sustituye. Este problema es muy común en el mundo, por ello es importante diseñar lentes intraoculares”.

Los investigadores agregaron que el modelo de cristalino personalizado permite realizar pruebas por computadora, sin la necesidad de hacer pruebas en el paciente.

Sobre la distinción

Para ser considerados en esta lista de artículos de óptica destacados, todos los grupos de investigación en el mundo pueden someter solo un artículo que haya sido publicado en cualquier revista científica, sin importar que pertenezca a la Sociedad Americana de Óptica o no. Así que la competencia es exigente a nivel internacional. “Cabe destacar que este trabajo, realizado principalmente por investigadores mexicanos, fue el único seleccionado de este año con adscripción a instituciones mexicanas, siendo la primera vez que un grupo de investigación del CICESE logra esta distinción”, agregó el Dr. Víctor Coello.

Esta selección se realiza cada año y reúne las investigaciones más destacadas del estado del arte en óptica que han surgido en los últimos 12 meses. Este año, los editores de la revista recibieron 115 resúmenes de trabajos de investigadores de todo el mundo y solamente seleccionaron 30 trabajos para su publicación.

“Queremos que este hallazgo crezca en su alcance. Hay muy buenos desarrollos de la óptica en general en hospitales de Monterrey y otras ciudades mexicanas. De hecho, en esta investigación de largo alcance, estamos agradecidos por el apoyo económico recibido por parte del Christus Excellence and Innovation Center quienes se especializan en innovación tecnológica médica y cuentan con una base en la zona metropolitana de Monterrey, Nuevo León” compartió el Dr. Víctor Coello. “Oftalmólogos y ópticos generalmente trabajamos por separado, lo cual es raro porque hablamos el mismo lenguaje”.

El área de Óptica de la Visión de la Unidad Monterrey del CICESE tiene alrededor de cinco años desarrollándose y forma parte de las estrategias para consolidar el área de Tecnología e Innovación de Dispositivos Interconectados. La Unidad Monterrey invita a los estudiantes de licenciatura y posgrado a sumarse a los proyectos de investigación actuales. El Dr. Víctor Coello agregó que el ojo humano es de las cuestiones menos entendidas y de las que más utilizamos. La óptica de la visión es un área de estudio necesaria, que lejos de estar terminada, tiene muchas oportunidades.

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Conoce el contenido de la edición especial 2020 de Optics & Photonics News

 

Palabras clave: Óptica, Visión, Cristalino, Monterrey, OSA

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