Analysis of oculo-visual parameters as biomarkers of physical and/or mental effort

Zusammenfassung

Los ojos humanos son prolongaciones del cerebro y por lo tanto parte del sistema nervioso central (Wilson & O’Donnell, 1988). Por esta razón, las alteraciones homeostáticas a consecuencia de tareas con demandas físicas o mentales son reflejadas en diferentes parámetros oculares con importantes aplicaciones en el rendimiento de diferentes actividades (e.g. actividades deportivas, conducción), como también en términos de salud ocular (e.g. glaucoma). Debido al hecho de que el sistema ocular está estrechamente relacionado con el estado de activación del sistema nervioso central, un pequeño número de índices basados en la fisiología ocular han sido usados para detectar fatiga en varios contextos (e.g. operaciones militares, procedimientos quirúrgicos). Este campo de investigación tiene una aplicación directa en el rendimiento deportivo, como también en el manejo y prevención de enfermedades oculares, y además tiene un potencial impacto en la mejora del rendimiento del operador y la seguridad del paciente en situaciones de riesgo. Por lo tanto, es razonable explorar el efecto de las demandas físicas y/o mentales en el sistema oculo-visual, usando índices visuales objetivos sensibles a las variaciones del sistema nervioso central. El principal objetivo de la presente Tesis Doctoral fue analizar los efectos del esfuerzo físico y/o mental en el sistema oculo-visual, y examinar la utilidad de diferentes índices ocular fisiológicos como herramientas neuro-ergonómicas para detectar la carga y/o fatiga física y mental. Para conseguir estos objetivos, este trabajo de investigación fue dividido en tres secciones donde el efecto del esfuerzo físico, mental y físico-mental concomitante en el sistema visual fue investigado a través de ocho estudios. En primer lugar, las diferencias en la función, rendimiento y procesamiento visual entre un grupo de jugadores de baloncesto y un grupo control de sujetos relativamente inactivos físicamente fue investigado. También, nosotros analizamos el efecto a corto y largo plazo del entrenamiento de fuerza en la presión intraocular en personal militar (Estudios I-III). Además, el efecto de tareas con demanda mental en diferentes parámetros ocular (presión intraocular, respuesta acomodativa, y aberraciones oculares) fue evaluado en contextos aplicados (conducción) y de laboratorio (Estudios IV-VI). Finalmente, nosotros medimos el efecto de la realización de esfuerzo físico y mental de forma simultánea en la función y fisiología ocular (Estudios VII-VIII). Los principales hallazgos de esta Tesis Doctoral fueron: I) Los jugadores de baloncesto exhiben un mejor rendimiento en varias capacidades visual que un grupo control de sujetos relativamente inactivos físicamente; II) Hay una relación positiva moderada entre las capacidades de fuerza del tren superior y la presión intraocular basal; III) La realización de ejercicio de fuerza induce a un incremento agudo de la presión intraocular, con mayores cambios con la ejecución del press de banca en comparación con el ejercicio de sentadillas con las mismas cargas relativas; IV) La presión intraocular es sensible al nivel de carga de trabajo mental, mostrando una asociación entre la presión intraocular y el estado de activación del sistema nervioso; V) La respuesta acomodativa y la presión intraocular disminuyen como consecuencia de la fatiga en conducción, y estos resultados representan un paso innovador en la evaluación objetiva, valida y fiable de la fatiga en conducción; V) La aberración astigmática es sensible al nivel de carga de trabajo mental, y este efecto se mantiene cuando las pupilas son escaladas hasta a 5 mm. Este hallazgo puede abrir nueva posibilidades respecto al uso de la aberración de astigmatismo como un indicador de carga mental; VII) La realización de una tarea dual (física/mental) provoca un aumento de la presión intraocular, e incrementar el nivel de complejidad mental promueve un efecto adicional en las variaciones de la presión intraocular; y VIII) El esfuerzo físico y mental simultaneo altera la función visual y la coordinación ojo-mano en diferentes direcciones (desde el deterioro a la mejora) dependiendo del nivel de activación (arousal) y la habilidad visual analizada.