Del Parpadeo al Plumaje: Comprensión de la Modulación Temporal de la Luz en entornos avícolas (TLM- Temporal Light Modulation)
Cuando pensamos en una luz parpadeante, nuestra mente evoca imágenes de velas que proyectan sombras intermitentes o tal vez de cortes de energía ocasionales que oscurecen nuestro entorno. Sin embargo, en el ámbito de la tecnología de iluminación, este fenómeno recibe un nombre más preciso: “modulación temporal de la luz” (TLM). Definida como la fluctuación de cantidades luminosas o de color a lo largo del tiempo, TLM ocurre no sólo en nuestro entorno natural sino también en luminarias eléctricas artificiales. A medida que exploramos
las complejidades de TLM, descubriremos sus efectos tanto en humanos como en aves de corral, arrojando luz sobre un tema que une la ciencia y la iluminación práctica.
Fuentes del Parpadeo
La modulación temporal de la luz (TLM) ocurre comúnmente en la naturaleza. Los ritmos diarios del amanecer y el atardecer provocan cambios extremos en intensidad y espectro, aunque en una escala de tiempo lenta. Los animales a menudo experimentan TLM en forma de luz solar moteada que brilla a través de las hojas de los árboles o del brillo del sol reflejándose en cuerpos de agua con hoyuelos. En un contexto negativo, si un ave depredadora como un halcón o un águila pescadora vuela por encima y proyecta una sombra, dicha TLM puede causar miedo y angustia a una especie presa.
Cuando la luz se genera a partir de luminarias eléctricas, la naturaleza oscilante de la fuente de alimentación eléctrica y el mecanismo de accionamiento puede provocar TLM. Por ejemplo, la red eléctrica de CA se suministra como un voltaje oscilante positivo y negativo de 50-60 Hz. Las lámparas incandescentes convencionales calientan y enfrían proporcionalmente al voltaje, emitiendo, o “incandescente”, luz que exhibe TLM a 100-120 Hz. Las sucesoras de las luces incandescentes, las luces fluorescentes compactas, funcionan con un balastro electrónico que también funciona frecuentemente a las mismas frecuencias. Ahora, las luminarias LED modernas pueden alimentarse y controlarse mediante una variedad de medios, y a menudo exhiben TLM en frecuencias mucho más rápidas que las experimentadas anteriormente, como 1000 Hz o más. Esto generalmente se debe a que los LED se atenúan con un mecanismo llamado “modulación de ancho de pulso”, que utiliza pulsos de onda cuadrada de alta frecuencia, mediante los cuales el tiempo de “encendido” y el tiempo de “apagado” se controlan para determinar el nivel de atenuación.
Percepción biológica de la TLM
La existencia de TLM a menudo plantea la cuestión de posibles problemas de salud para las personas y las aves de corral. Se ha documentado que la TLM perceptible causa efectos en la salud de las personas, como fatiga visual, migrañas, ansiedad, ataques de pánico e incluso ataques epilépticos. Debido a estos efectos sobre la salud, se han definido códigos de construcción para tipos aceptables de TLM que se consideran seguros para utilizo humano. Para las viviendas avícolas todavía no existen normas de este tipo. Más bien, necesitamos comprender cómo se percibe la TLM y cómo mitigar sus efectos.
La percepción visual de la luz se produce en el ojo mediante células fotorreceptoras especializadas llamadas bastones y conos. La luz es absorbida por fotopigmentos especializados llamados "opsinas";, que desencadenan una cascada de transducción de señales que implica la fotoisomerización de la molécula retiniana
contenida en opsina, la activación de una proteína G, el metabolismo de una molécula de GMP cíclico por una fosfodiesterasa, el cierre de canales iónicos que residen en la membrana del fotorreceptor y la hiperpolarización del potencial de membrana. Estas series de pasos de señalización están limitadas cinéticamente; lo que significa que tardan en ocurrir. De hecho, los fotorreceptores visuales de opsina se describen clásicamente como "metabotrópico", específicamente debido a la naturaleza lenta del proceso de señalización que involucra el metabolismo de las moléculas orgánicas. Debido a que el proceso de señalización de la percepción de
la luz es lento, el observador no puede percibir cambios rápidos en la luz. Por ejemplo, la mayoría de los televisores y monitores de computadora modernos tienen una frecuencia de actualización de 120 Hz, pero la gente no puede percibir esa velocidad de TLM. En cambio, percibimos TLM de modulación rápida como luz constante y no modulada.
El umbral de frecuencia TLM que es perceptible por un observador se llama Frecuencia de Fusión Crítica o CCF. La frecuencia de fusión crítica promedio de las personas es ~83 Hz, pero existe una distribución natural de los CCF entre los individuos y también depende de la intensidad de la luz, el porcentaje de modulación, la edad del individuo y el estado neurológico. Para las aves, los CCF informados varían desde 75 Hz para las palomas hasta 138 Hz para los papamoscas (Potier, et al, 2020). Esta diferencia probablemente represente la necesidad de una percepción temporal más rápida en especies que capturan fuentes de alimento que se mueven rápidamente. Para las aves de corral, la CFF reportada en pollos es de 75-87 Hz (Jarvis et al., 2002; Lisney et al., 2011; Prescott, Wathes y Jarvis, 2003; Railton, Foster y Temple, 2009; Rubene et al. , 2010). Por lo tanto, la diferencia en la sensibilidad a la TLM entre humanos y pollos es bastante insignificante.
Al igual que ocurre con los humanos, se espera que la TLM sólo pueda tener efectos biológicos en las aves de corral si son perceptibles. Por lo tanto, generalmente se cree que los TLM con frecuencias considerablemente más altas que el CFF (~87 Hz para pollos) son seguros para el observador. Una investigación recientemente publicada dirigida por la Dra. Karen Schwean-Lardner de la Universidad de Saskatchewan ha analizado los efectos de TLM de 30, 90 y 250 Hz en pollitas ponedoras y ponedoras (McPhee, et al, 2024). El estudio indicó que el comportamiento, el miedo y el estrés de las pollitas se vieron mínimamente afectados por 30 Hz y 90 Hz TLM en las pollitas más jóvenes, pero no se observaron más adelante en su vida. Además, después de que las pollitas fueron
trasladadas a un galpón de ponedoras sin TLM, no se observaron impactos negativos estadísticamente significativos de TLM en la producción o el comportamiento de las ponedoras. Un segundo estudio del mismo grupo analizó los impactos del parpadeo en las gallinas pavas (Hammond, et al, 2024). Los resultados de ese estudio indicaron que un parpadeo de 30 Hz, muy por debajo del CFF esperado para los pavos, resultó en un crecimiento inferior durante las primeras 4 semanas de edad.
Medición del TLM
Dado que algunos TLM son perceptibles y pueden tener efectos negativos en humanos o aves de corral, mientras que otros TLM son imperceptibles y pueden no tener efectos discernibles, ¿cómo medimos TLM para determinar si un TLM determinado tiene efectos biológicos? Como se mencionó anteriormente, las frecuencias superiores al CFF para una especie determinada serán imperceptibles para el observador. Sin embargo, las frecuencias inferiores al CFF también pueden ser imperceptibles, dependiendo de la profundidad de la modulación. La profundidad
de modulación se refiere a las diferencias entre las intensidades altas periódicas y las partes más bajas. La profundidad de modulación se puede expresar como porcentaje de modulación o como índice de parpadeo, en una escala de 0-100% o 0-1, respectivamente. En términos generales, será más probable que se perciban
mayores porcentajes de profundidad de modulación o índices de parpadeo más altos, sólo si la frecuencia está por debajo del CFF.
Dado que el parpadeo perceptible sólo ocurre a frecuencias inferiores al CFF y que también tienen índices de parpadeo altos, ni la frecuencia ni el índice de parpadeo por sí solos son suficientes para definir si el parpadeo es visible. Por ese motivo, la industria de la iluminación ha adoptado una métrica llamada “PstLM” para cuantificar la modulación de la luz a corto plazo. Esta métrica está calibrada para humanos y simplemente establece que es probable que se perciba un valor superior a 1 y que es poco probable que se perciba un valor inferior a 1. PstLM tiene en cuenta la frecuencia, el porcentaje de modulación y la forma de onda. Sin embargo, debido a que es una medida específica para humanos, no es adecuada para aves de corral. Para abordar esta necesidad, se ha propuesto una métrica específica para aves que, como PstLM, tiene en cuenta la frecuencia, el porcentaje de modulación y la forma de onda, pero está calibrada según las sensibilidades de las aves publicadas. Esta métrica, denominada métrica de visibilidad del parpadeo aviar o AFVM, es útil para determinar si las aves pueden percibir el TLM (Sekulovski, et al, 2021). Un AFVM mayor que 1 puede ser perceptible y es poco probable que un valor menor que 1 sea perceptible. Debido a que algunas aves son más sensibles a la TLM que otras, la AFVM es bastante conservadora para las aves de corral. La AFVM se puede medir con un fotómetro específico para aves disponible en la ONCE, o se puede determinar ad hoc aplicando la función AFVM a un registro TLM disponible.
Conclusión
La modulación temporal de la luz (TLM) es una propiedad de las fuentes de luz artificial que debe tenerse en cuenta. Mientras que los humanos exhiben efectos sobre la salud debido a la TLM perceptible, que van desde molestias oculares hasta respuestas neurológicas, las aves de corral, particularmente los pollos, muestran
una sensibilidad sutil. La frecuencia de fusión crítica, que representa el umbral por debajo del cual TLM se vuelve detectable, juega un papel fundamental. Las investigaciones en curso investigan el comportamiento de las aves y los niveles de estrés bajo diferentes frecuencias de TLM, y hasta ahora se han observado pocos o menores impactos negativos. Métricas como la métrica de visibilidad del parpadeo aviar (AFVM) y PstLM nos guían hacia soluciones de iluminación equilibradas que optimizan el bienestar humano y de las aves de corral. A medida que continuamos iluminando nuestro mundo, comprender los matices de TLM garantiza prácticas de iluminación responsables en diversos entornos.
Nota al pie
Este tema fue el tema de un seminario web patrocinado por la ONCE el 2 de julio de 2024. Entre los oradores del seminario web se encontraban el Dr. Schwean-Lardner de la Universidad de Saskatchewan y el Dr. Dragan Sekulovski, experto en percepción de iluminación de Signify. Se puede acceder al seminario web grabado
aquí here.
Referencias
Hammond, A., K. Buchynski, T. Shynkaruk, T. Crowe, and K. Schwean-Lardner. “Are Turkey Hens Affected by Light Flicker? Effects on Performance and Health.” Poultry Science 103, no. 6 (June 1, 2024): 103747. https://doi.org/10.1016/j.psj.2024.103747.
Jarvis, John R, Nina R Taylor, Neville B Prescott, Ian Meeks, and Christopher M Wathes. “Measuring and Modelling the Photopic Flicker Sensitivity of the Chicken (Gallus g. Domesticus).” Vision Research 42, no. 1 (January 2002): 99–106. https://doi.org/10.1016/S0042-6989(01)00268-1.
Lisney, Thomas J., Björn Ekesten, Ragnar Tauson, Olle Håstad, and Anders Ödeen. “Using Electroretinograms to Assess Flicker Fusion Frequency in Domestic Hens Gallus Gallus