科學家研究新技術激活人眼 或能看見紅外光

據科學日報報道，任何一本科學教科書可能都會寫道人類看不見紅外光。 例如X射線、無線電波和紅外光波等不可見光都超出了可見光譜的範圍。然而，由美國華盛頓大學聖路易斯醫學院合作帶領的一支國際科學家小組發現在某些特定的情況下，人眼或可能可以感知到紅外光。

利用老鼠和人類的視網膜細胞，以及能夠釋放紅外光脈衝的強大激光，研究人員發現當激光高速發送脈衝時，視網膜裏的感光細胞有時候能夠接收到紅外能量的擊打。當這一情況發生時，人眼能夠檢測位於可見光範圍以外的光。

“藉助這些實驗結果，我們試圖研發一種新型工具，使得醫師不僅可以檢測雙眼，還能夠刺激視網膜的特定部分以確定視網膜功能是否正常，”高級調查員、華盛頓大學眼科學和視覺科學的副教授弗拉基米爾·克伐洛夫(Vladimir J. Kefalov)博士這樣説道。“我們希望這項發現最終將產生某些實際的應用。”這項研究被髮表在12月1日的期刊《美國國家科學院院刊》(PNAS)上，其它合作作者包括來自美國克利夫蘭、波蘭、瑞士和挪威的科學家們。

這項研究始於研究小組裏的某些科學家報告稱在利用紅外激光工作時偶爾會看到綠色閃光。與演講廳和玩具裏使用的激光指示器有所不同，科學家們使用的強大紅外激光會釋放出人眼不可見的光波。

“他們能夠偶爾看見超出正常可見範圍的激光，我們想要查明他們是如何感知本來不可見的光，”研究首席作者之一、華盛頓大學眼科學和視覺科學學院的博士後研究員弗蘭斯·温貝格(Frans Vinberg)博士這樣説道。

温貝格、克伐洛夫和同事查閲了科研文獻並重新審閲了有關看到紅外光的報告。他們重複進行了據稱看到紅外光的實驗，並分析了不同激光釋放出的光以調查紅外光有時為什麼以及如何變得可見。

“我們對發送相同數量光子但時長不同的激光脈衝進行了實驗，結果發現脈衝越短，它被人看見的可能性越大，” 温貝格解釋道。“儘管脈衝之間的間隔非常短，肉眼無法察覺，但這些脈衝的存在對於人眼看見這些不可見光而言非常重要。”

一般來説，光子被視網膜吸收後，後者會創造一個名為感光色素的分子，並開始將光轉化為視覺的過程。在標準視覺裏，大量感光色素裏的每一個色素會吸收一個光子。而脈衝頻率較高的激光的短脈衝裏堆積的大量光子使得單一色素一次吸收兩個光子變為可能，而兩個光子結合的能量足以激活色素從而使得研究人員能夠看到正常情況下不可見的光。

“可見光譜包括波長介於400至720納米之間的光波，” 克伐洛夫解釋道。“但如果一對1000納米長的光子快速連續擊中視網膜裏的一個色素分子，那麼這些光子傳遞的能量與一個500納米波長光子一次撞擊所產生的能量相同，而這恰好位於可見光譜範圍以內，這就是為什麼人們可以看見不可見光。”

儘管研究人員是第一批報告稱眼睛能夠通過這一機制感知不可見光的人，但利用不那麼強大的激光實現事物可見並非前所未有。例如兩光子顯微鏡利用激光檢測組織深處的熒光分子。研究人員表示他們已經在研究如何將兩分子方法應用於新型檢眼鏡，這種新式檢眼鏡將幫助醫師檢查病人眼睛內部情況。

通過朝病人眼睛照射紅外脈衝激光，醫師可以刺激視網膜部分以瞭解健康眼睛和患有視網膜疾病，例如黃斑變性的病患眼睛的結構和功能。這項研究的成功部分得益於克伐洛夫開發的一項工具，後者使得科學家們可以獲得視網膜細胞和色素分子的光反應，這一設備已經實現了商業化且已經在全世界好幾家視覺研究中心投入使用。

這項研究得到了美國國家眼科研究所(NEI)、美國國家衞生研究院(NIH)國家老齡化研究所(NIA)、防盲研究、挪威研究基金會、歐盟和波蘭科學基金會的資金支持。