Nesta tese são apresentados três estudos experimentais guiados por um protocolo padrão para aquisição de sinal visual correspondente à percepção humana. Os estudos abordam: análise de padrões visuais em tarefas de leitura com estímulos que simulam condições de estresse visual; análise da atenção visual durante a avaliação de expressões faciais de dor em neonatais; e análise da dilatação pupilar durante a percepção de estímulos emocionais categorizados. Os resultados mostram que é possível classificar automaticamente os padrões visuais de leitura; que o reconhecimento da dor em neonatais ocorre em menos de 2 segundos; e que estímulos emocionais negativos podem mobilizar mais recursos de processamento cerebral do que estímulos positivos e neutros.