¿Reacciona el ojo humano ante un único fotón?

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¿Podemos solamente con nuestros ojos distinguir la unidad más pequeña posible de energía luminosa, un fotón? La respuesta es: sí… y no.
Hace tiempo escribí sobre cómo se forma la imagen en la retina, la parte posterior del ojo. Para el tema de hoy hace falta entrar un poco más en detalle.
En la retina hay dos tipos de células sensibles a la luz, los conos y los bastones. Ambos se ven en esta imagen de un corte transversal de la retina:

Los bastones son sensibles a la luz en un amplio ancho de banda (del verde al azul), sin hacer distinciones, mientras que existen tres tipos de conos, cada tipo caracterizado por ser más sensible a la luz en una de tres bandas de longitudes de onda: rojo, verde y azul.
Yéndonos al principio más básico de cómo estas células son capaces de detectar la luz llegamos a la interacción de naturaleza cuántica en la que un electrón absorbe un fotón y sube a una órbita superior («estado excitado»).
En determinadas moléculas de los conos y bastones, la rodopsina, este hecho se utiliza de desencadenante de un proceso por el que se acaba generando un pulso eléctrico que se transmite por los nervios ópticos hasta la parte posterior del cerebro.
La proteina Rodopsina, entre las paredes celulares, y la transducina que «amplifica» la detección de fotones en la rodopsina.
Por lo tanto, a nivel físico fundamental está claro que podría ser posible detectar un solo fotón, si la eficiencia de las células receptoras fuese tal que amplificaran ese minúsculo cambio hasta el nivel de excitar las neurones del nervio, y si esa señal llegase hasta el nivel «consciente» de la visión en el cerebro.
Ahora bien, la vista funciona básicamente en dos modos: en situaciones de «plena luz del día» tanto los conos como los bastones funcionan a pleno rendimiento en lo que se llama visión fotócopica fotópica, en la que somos plenamente sensibles a los colores del mundo.
En cambio, cuando hay muy poca intensidad luminosa, como en plena noche, se da lo que se llama visión escotópica, en la que los conos se revelan como unos muy pobres detectores de luz y prácticamente solo vemos con los bastones. Una vez expuestos a la oscuridad, además de abrirse al máximo el iris, comienzan unos cambios químicos en la retina que hacen que, tras 30 minutos, los bastones sean 10000 veces más sensibles que los conos.
Por lo tanto, si buscamos detectar un solo fotón, debemos mirar a los bastones. Los primeros que aparentemente hicieron una prueba científica al respecto fueron Hecht, Schlaer y Pirenne en un experimento en 1942. Colocaron a unos voluntarios en una habitación oscura durante 30 minutos para que sus ojos se adaptaran al máximo a la oscuridad, y usaron una pequeña fuente de luz colocada estratégicamente para que incidiera en la fóvea (la parte más sensible de la retina).
Sus resultados: calcularon que para tener un 60% de probabilidades de detectar conscientemente la luz hacían falta 90 fotones entrando en el ojo. Ahora bien, solo el 10% de los que entran en el ojo llegan realmente a la retina, es decir, unos 9 fotones, que a su vez se repartieron en una área donde habría unos 350 bastones.
Es decir: , las células del ojo son tan eficaces que detectan fotones individuales. Pero no, no se es consciente de la luz a menos que llegue una ráfaga de varios fotones en un tiempo suficientemente corto en una área pequeña de la retina.
Este último filtro sin embargo lo realiza el cerebro, supuestamente como adaptación para ver mejor en la oscuridad ya que si fueramos conscientes de cada uno de los «flashes» de fotones individuales veríamos con mucho ruido en la oscuridad.
Fuentes: 1 2 3 4

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