Contribuciones científicas

INVESTIGACIÓN Y TRANSFERENCIA

Contribuciones científicas

Mi investigación combina el desarrollo de instrumentos ópticos para el ojo vivo con el estudio de los mecanismos que determinan la calidad de la visión. La transferencia de técnicas de la óptica a la ciencia de la visión y la oftalmología ha permitido transformar prototipos de laboratorio en herramientas clínicas.

Entre las primeras contribuciones se encuentra la instrumentación de doble paso, que utiliza un láser para iluminar el ojo y una cámara para registrar la imagen retiniana. Estos trabajos abrieron nuevas vías para estudiar la óptica ocular y contribuyeron al desarrollo de la aberrometría, incluido el uso de sensores de frente de onda Hartmann–Shack.

Un resultado central fue descubrir el acoplamiento entre las aberraciones de la córnea y el cristalino, que mejora la calidad de la imagen retiniana. El ojo joven compensa parcialmente la aberración esférica y el coma; con la edad, este equilibrio se deteriora. Estos hallazgos proporcionaron bases para una nueva generación de lentes intraoculares asféricas.

La óptica adaptativa permitió medir y corregir las aberraciones del ojo en tiempo real y desarrollar simuladores visuales para evaluar nuevas soluciones ópticas. Otras líneas de trabajo abarcan la visión periférica, la dispersión de luz, la imagen a través de cataratas, la visión de dos fotones y las lentes intraoculares, incluidas las ArtIOLs de menisco invertido.

Principales avances científicos

1. Desarrollé instrumentación de doble paso para registrar y analizar la función de dispersión de un punto del ojo. Este trabajo contribuyó a instrumentos clínicos de evaluación de la calidad óptica y de las cataratas.
2. Junto con mis colaboradores, descubrí que las aberraciones del cristalino compensan parcialmente las de la córnea. Este hallazgo aportó una de las bases ópticas para el desarrollo de las lentes intraoculares asféricas.
3. Demostramos que el ojo joven se comporta aproximadamente como un sistema aplanático, con compensación parcial de la aberración esférica y del coma.
4. Estudiamos cómo la adaptación neural compensa el patrón particular de aberraciones de alto orden de cada ojo.
5. Obtuvimos evidencia de la visualización de los conos en el ojo vivo mediante interferometría de speckle, una contribución temprana a la imagen retiniana de alta resolución.
6. Propuse y desarrollé, con mi grupo, simuladores visuales de óptica adaptativa para evaluar la visión bajo condiciones ópticas controladas. También desarrollamos versiones binoculares.
7. Caracterizamos la óptica de la retina periférica en ojos naturales y en ojos con lentes intraoculares.
8. Desarrollamos instrumentos para medir de forma objetiva y precisa la dispersión de luz en el ojo humano.
9. Investigamos los mecanismos que explican la miopía nocturna.
10. Diseñamos soluciones ópticas intraoculares para pacientes con degeneración macular.
11. Desarrollamos un oftalmoscopio de un solo píxel para obtener imágenes de la retina a través de opacidades oculares severas.
12. Desarrollamos microscopía no lineal multifotónica aplicada a la córnea viva.
13. Determinamos la agudeza visual mediante procesos de absorción de dos fotones con luz infrarroja.
14. Diseñamos nuevos tipos de lentes intraoculares para mejorar la óptica de la retina periférica.
15. Caracterizamos la percepción del color en la visión de dos fotones.

Impacto clínico, social y académico

1. La técnica de doble paso que desarrollé con mis colaboradores se trasladó a instrumentos clínicos como OQAS y HD Analyzer, de Visiometrics, para evaluar la calidad óptica y las cataratas.
2. Mis investigaciones contribuyeron al conocimiento y a las técnicas de medida del frente de onda que se utilizan en la aberrometría clínica.
3. Nuestros hallazgos sobre la compensación de aberraciones entre córnea y cristalino ayudaron a fundamentar diseños de lentes intraoculares que buscan reproducir propiedades ópticas del ojo joven.
4. Los simuladores visuales de óptica adaptativa que desarrollamos permiten comparar soluciones ópticas antes de aplicarlas al paciente. VAO, de Voptica, es una aplicación clínica comercial de esta línea de trabajo.
5. Los instrumentos de medida de dispersión intraocular que desarrollamos tienen aplicaciones en la evaluación de cataratas y de la película lagrimal.
6. Investigamos tecnologías para obtener imágenes a través de medios oculares turbios, con aplicaciones potenciales en la observación de la retina tras una catarata y en ayudas optoelectrónicas a la visión.
7. Soy inventor de las lentes intraoculares de menisco invertido ArtIOLs, desarrolladas por Voptica. Su diseño busca mejorar la calidad óptica periférica. También he trabajado en diseños intraoculares para la degeneración macular.
8. He cofundado empresas de base tecnológica, entre ellas Visiometrics y Voptica, ambas con actividad internacional.
9. Soy editor del Handbook of Visual Optics: la primera edición se publicó en 2017 y la segunda, en dos volúmenes, en 2026.
10. Comparto la ciencia mediante libros y artículos de prensa. Mis dos blogs personales se conservan como archivo, con reflexiones sobre investigación, ética y carrera científica.

Ocho artículos escogidos

1. Doble paso

   Artal, Marcos, Navarro & Williams. Odd aberrations and double-pass measurements of retinal image quality. JOSA A 12, 195–201 (1995).

2. Compensación córnea-cristalino

   Artal & Guirao. Contributions of the cornea and the lens to the aberrations of the human eye. Optics Letters 23, 1713–1715 (1998).

3. Compensación córnea-cristalino

   Artal, Guirao, Berrio & Williams. Compensation of corneal aberrations by the internal optics in the human eye. Journal of Vision 1(1), 1 (2001).

4. Simulación visual adaptativa

   Manzanera, Prieto, Ayala, Lindacher & Artal. Liquid crystal adaptive optics visual simulator: application to testing and design of ophthalmic optical elements. Optics Express 15, 16177–16188 (2007).

5. Simulación visual binocular

   Fernández, Prieto & Artal. Binocular adaptive optics visual simulator. Optics Letters 34, 2628–2630 (2009).

6. Visión periférica

   Artal, Derrington & Colombo. Refraction, aliasing, and the absence of motion reversals in peripheral vision. Vision Research 35, 939–947 (1995).

7. Visión infrarroja de dos fotones

   Artal, Manzanera, Komar, Gambín-Regadera & Wojtkowski. Visual acuity in two-photon infrared vision. Optica 4, 1488–1491 (2017).

8. Mecanismos de la visión infrarroja

   Manzanera, Sola, Khalifa & Artal. Vision with pulsed infrared light is mediated by nonlinear optical processes. Biomedical Optics Express 11, 5603–5617 (2020).