Οι επιστήμονες «χάκαραν» το ανθρώπινο μάτι

Χρησιμοποιώντας μια πειραματική τεχνική που ονομάζεται «Οζ», οι ερευνητές διέγειραν τον αμφιβληστροειδή στο ανθρώπινο μάτι, έτσι ώστε οι άνθρωποι να δουν ένα ολοκαίνουργιο χρώμα.

Οι επιστήμονες επινόησαν μια μέθοδο για να «χακάρουν» το ανθρώπινο μάτι, επιτρέποντάς του να δει ολοκαίνουργια χρώματα που βρίσκονται πέρα από το πεδίο της φυσικής ανθρώπινης όρασης.

Με την τεχνική αυτή, οι ερευνητές επέτρεψαν σε πέντε ανθρώπους να δουν ένα νέο χρώμα, που ονομάστηκε «olo», το οποίο οι συμμετέχοντες στη μελέτη περιέγραψαν ως ένα «μπλε-πράσινο πρωτοφανούς κορεσμού».

Οι ερευνητές, ορισμένοι από τους οποίους συμμετείχαν και οι ίδιοι στο πείραμα, περιέγραψαν την τεχνική τους και το νέο χρώμα σε μελέτη που δημοσιεύθηκε την Παρασκευή (18 Απριλίου) στο περιοδικό Science Advances.

Τεχνική και πιθανές χρήσεις

«Ο απώτερος στόχος είναι να παρέχουμε προγραμματιζόμενο έλεγχο σε κάθε φωτοϋποδοχέα (κύτταρο που αντιλαμβάνεται το φως) στον αμφιβληστροειδή», κυρίως για ερευνητικούς σκοπούς, δήλωσε ο συν-συγγραφέας Τζέιμς Φονγκ, διδακτορικός φοιτητής στην επιστήμη των υπολογιστών στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας στο Μπέρκλεϊ.

«Παρόλο που αυτό δεν έχει επιτευχθεί σε αυτό το επίπεδο, η μέθοδος που παρουσιάζουμε στην παρούσα μελέτη δείχνει ότι πολλές από τις βασικές αρχές είναι δυνατές στην πράξη», δήλωσε ο Φονγκ στο Live Science σε ηλεκτρονικό μήνυμα.

Ο έλεγχος του αμφιβληστροειδούς σε αυτό το λεπτομερές επίπεδο θα μπορούσε να ανοίξει νέους τρόπους μελέτης της όρασης, δήλωσαν οι ερευνητές. Για παράδειγμα, οι επιστήμονες θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν το σύστημα για να αναπαράγουν τα αποτελέσματα διαφόρων οφθαλμικών ασθενειών για να κατανοήσουν καλύτερα την απώλεια όρασης που προκαλούν.

Θεωρητικά, η τεχνική θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί για την προσομοίωση της πλήρως έγχρωμης όρασης σε άτομα που έχουν αχρωματοψία, αντισταθμίζοντας ουσιαστικά τους φωτοϋποδοχείς που τους λείπουν ή είναι ελαττωματικοί.

Με τη χρήση του συστήματος για την εισαγωγή του εγκεφάλου σε νέα οπτικά δεδομένα και μοτίβα διέγερσης του αμφιβληστροειδούς, θεωρητικά, «μπορεί να είναι πιθανό αυτό το (τυφλό από χρώμα) άτομο να μάθει να βλέπει τη νέα διάσταση του χρώματος», πρότεινε ο Φονγκ.

Πως οι φωτοϋποδοχείς στο μάτι αντιλαμβάνονται τα χρώματα

Τα ανθρώπινα μάτια περιέχουν φωτοευαίσθητα κύτταρα, που ονομάζονται φωτοϋποδοχείς, τα οποία υπάρχουν σε δύο μορφές: ραβδία ή ραβδιοφόρα κύτταρα και τα κωνία ή κωνιοφόρα κύτταρα. Τα ραβδία επιτρέπουν τη νυχτερινή όραση, καθώς ανταποκρίνονται σε σχετικά χαμηλά επίπεδα φωτονίων ή πακέτων ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας.

Τα κωνία αναλαμβάνουν τη λειτουργία τους στο έντονο φως και είναι εξειδικευμένα στην ανίχνευση συγκεκριμένων μηκών κύματος του ορατού φωτός – δηλαδή του κόκκινου, του πράσινου και του μπλε. Αυτοί οι τρεις τύποι κωνίων ονομάζονται αντίστοιχα «L», «M» και «S», αναφερόμενοι στα μεγάλα, μεσαία και μικρά μήκη κύματος του ορατού φάσματος στα οποία είναι πιο ευαίσθητοι.

Μόλις ενεργοποιηθούν τα κωνία, η έγχρωμη όραση βασίζεται στον εγκέφαλο για να ερμηνεύσει τα μοτίβα ενεργοποίησης αυτών των τριών τύπων κυττάρων σε ολόκληρο τον αμφιβληστροειδή. Κάθε μοτίβο λειτουργεί σαν ένας κώδικας, με διαφορετικούς κώδικες να ξεκλειδώνουν διαφορετικές αντιλήψεις των χρωμάτων και των εντάσεων του φωτός.

Τα κωνία Μ είναι πιο ευαίσθητα στο πράσινο, αλλά τεχνικά, ανταποκρίνονται σε ένα ολόκληρο φάσμα χρωμάτων που επικαλύπτεται πλήρως με τα μήκη κύματος στα οποία αντιδρούν τα κωνία L και S. Ως εκ τούτου, σε φυσικές συνθήκες, δεν μπορείτε να ενεργοποιήσετε τα κωνία Μ χωρίς να ενεργοποιήσετε επίσης τα κωνία L και S. Οι επιστήμονες αναρωτήθηκαν τι θα συνέβαινε αν μπορούσατε να αψηφήσετε αυτόν τον κανόνα και να ενεργοποιήσετε αποκλειστικά τα κωνία Μ.

Γιατί η τεχνική ονομάστηκε Oz

«Αρχικά ξεκινήσαμε αυτό το πρόγραμμα ειδικά για να μελετήσουμε τη διέγερση του κώνου Μ», δήλωσε ο Φόνγκ. «Αλλά γρήγορα μας έγινε σαφές ότι η απαιτούμενη υποκείμενη τεχνολογία θα ήταν ευρέως χρήσιμη για τη μελέτη της οπτικής λειτουργίας σε ένα νέο επίπεδο κλίμακας και ακρίβειας».

Ονόμασαν την τεχνική διέγερσης του αμφιβληστροειδούς που προέκυψε «Oz», ως φόρο τιμής στα πράσινα γυαλιά που φορούν οι άνθρωποι στη Σμαραγδένια Πόλη στα πρωτότυπα βιβλία του «Μάγου του Οζ». Η τεχνική απαιτεί τη χαρτογράφηση του αμφιβληστροειδούς του κάθε συμμετέχοντα στην έρευνα.

Από εκεί και πέρα, επισημάνθηκαν τα κωνία L, M και S. Οι θέσεις αυτών των κυττάρων είναι μοναδικές στον αμφιβληστροειδή του κάθε ατόμου, σημείωσε ο Φόνγκ. Με έναν λεπτομερή χάρτη του αμφιβληστροειδούς, η ομάδα πραγματοποίησε τα πειράματά της.

Κάθε συμμετέχων καθόταν μπροστά σε μια οθόνη με ένα μικρό τετράγωνο στο κέντρο της, όπου εκτυλισσόταν η διέγερση του Οζ. Η διέγερση στόχευε συγκεκριμένους τύπους κωνίων με φως λέιζερ ορατού μήκους κύματος, που ονομάζονταν μικροδόσεις λέιζερ. Έτσι, για να ενεργοποιηθούν μόνο τα κωνία Μ, το σύστημα στόχευε μόνο αυτά τα κύτταρα με λέιζερ.

Οι περιορισμοί του Oz

Για παράδειγμα, οι συμμετέχοντες δεν μπορούν να κοιτάξουν απευθείας την οθόνη του Oz, σημείωσε ο Φονγκ, επειδή τα κωνία στο κέντρο του αμφιβληστροειδούς είναι πολύ μικρά, γεγονός που καθιστά δύσκολο τον εντοπισμό του φωτός λέιζερ. Εξαιτίας αυτού, οι άνθρωποι στη μελέτη είδαν το Oz με την περιφερειακή τους όραση κοιτάζοντας ένα σταθερό σημείο λίγο μακριά από το τετράγωνο.

Τελικά, το Oz θα μπορούσε δυνητικά να εφαρμοστεί στο κεντρικό τμήμα του αμφιβληστροειδούς που επιτρέπει την εξαιρετικά ευκρινή όραση – αλλά «θα είναι μια σημαντική πρόκληση στην πράξη», δήλωσε ο Φονγκ.

Ένας άλλος περιορισμός είναι ότι, επί του παρόντος, οι χρήστες πρέπει να σταθεροποιήσουν το βλέμμα τους σε ένα σημείο για να χρησιμοποιήσουν το Oz, επειδή οι επιστήμονες χαρτογράφησαν μόνο ένα μικρό τμήμα του αμφιβληστροειδούς που περιέχει χιλιάδες κωνία, ως απόδειξη της έννοιας.

Το να επιτραπεί στους ανθρώπους να μετατοπίζουν ελεύθερα το βλέμμα τους θα εισήγαγε «σημαντικές τεχνικές προκλήσεις», έγραψαν οι συγγραφείς στο έγγραφό τους. Αυτό συμβαίνει επειδή θα έπρεπε να χαρτογραφηθεί μεγαλύτερο μέρος του αμφιβληστροειδούς και η μέθοδος χορήγησης μικροδοσολογίας θα έπρεπε να είναι εξαιρετικά ακριβής στην παρακολούθηση της κίνησης του ματιού.

Πρώτα θα μπορέσουν να χρησιμοποιήσουν το Oz στην αχρωματοψία

Οι επιστήμονες διερευνούν τώρα την ιδέα να χρησιμοποιήσουν το Oz για τη μελέτη και τη θεραπεία της αχρωματοψίας, καθώς και για να διεγείρουν την εμπειρία της ύπαρξης ενός τέταρτου τύπου κωνικών κυττάρων.

Αυτό συμβαίνει στη φύση σε ορισμένους ανθρώπους και έχει ως αποτέλεσμα μια σπάνια ικανότητα που ονομάζεται τετραχρωμία, η οποία ενισχύει την ευαισθησία τους στο χρώμα. Η ομάδα χρησιμοποιεί επίσης το Oz για τη μοντελοποίηση διαφόρων οφθαλμικών ασθενειών.

Εκτός από την επιστημονική έρευνα, το Oz θα μπορούσε θεωρητικά να χρησιμοποιηθεί για καθημερινές έγχρωμες οθόνες, όπως αυτές της τηλεόρασης ή της οθόνης του τηλεφώνου σας, αλλά αυτή η εφαρμογή φαίνεται πολύ απίθανη, δήλωσε ο Φονγκ.

«Η τρέχουσα μέθοδός μας εξαρτάται από πολύ εξειδικευμένα λέιζερ και οπτικά συστήματα που σίγουρα δεν πρόκειται να έρθουν σύντομα στα smartphones ή στις τηλεοράσεις», είπε. Έτσι, προς το παρόν, το olo θα παραμείνει ένα σπάνιο χρώμα που θα το βλέπουν μόνο λίγοι.