دستکاری چشم انسان برای دیدن رنگ جدید

به گزارش رکنا، با استفاده از یک تکنیک آزمایشی به نام «اوز»، محققان شبکیه چشم انسان را به گونه‌ای تحریک کردند که افراد بتوانند یک رنگ جدید را مشاهده کنند.

در یک مطالعه، دانشمندان روش جدیدی را برای نمایش تصاویر رنگی ابداع کردند تا مرزهای بینایی انسان گسترش دهند.

محققان روشی ابداع کرده‌اند که چشم انسان را «دستکاری» می‌کند تا بتواند رنگ‌های جدیدی را ببیند که فراتر از محدوده بینایی طبیعی انسان قرار دارند.

با این تکنیک، محققان به پنج نفر این امکان را دادند که رنگی جدید به نام «اولو» را مشاهده کنند. شرکت‌کنندگان در این مطالعه توصیف کردند که این رنگ «آبی-سبز با اشباع بی‌سابقه» است. محققان، که برخی از آن‌ها خود در این آزمایش شرکت کرده بودند، این تکنیک و رنگ جدید را در مطالعه‌ای که جمعه، 18 آوریل، در نشریه Science Advances منتشر شد، شرح دادند.

«هدف نهایی این است که کنترل برنامه‌پذیر بر روی هر فتوگیرنده [سلول‌های حساس به نور] در شبکیه ایجاد شود»، این سخن را جیمز فونگ، نویسنده اصلی و دانشجوی دکتری علوم کامپیوتر در دانشگاه کالیفرنیای برکلی به Live Science در ایمیلی گفت. «اگرچه هنوز به آن سطح نرسیده‌ایم، روش ما در این مطالعه نشان می‌دهد که بسیاری از اصول کلیدی در عمل ممکن است.»

کنترل شبکیه به این سطح دقیق می‌تواند روش‌های جدیدی برای مطالعه بینایی ایجاد کند، به گفته محققان. برای مثال، دانشمندان می‌توانند از این سیستم برای شبیه‌سازی اثرات بیماری‌های مختلف چشمی استفاده کنند تا بهتر بفهمند این بیماری‌ها چه مشکلاتی در بینایی ایجاد می‌کنند. به طور تئوری، این تکنیک می‌تواند برای شبیه‌سازی بینایی رنگی در افرادی که رنگ‌دانه هستند، به کار رود و به نوعی جایگزین فتوگیرنده‌های از دست رفته یا معیوب آن‌ها شود.

با استفاده از این سیستم برای معرفی داده‌ها و الگوهای بصری جدید به مغز و تحریک شبکیه، به طور تئوری، «ممکن است این فرد [رنگ‌دیده] یاد بگیرد که بعد جدیدی از رنگ را ببیند»، فونگ پیشنهاد کرد.

چشم انسان سلول‌های حساس به نور دارد که به نام فتوگیرنده شناخته می‌شوند. این سلول‌ها به دو نوع تقسیم می‌شوند: میله‌ها و مخروط‌ها. میله‌ها برای بینایی در شب عمل می‌کنند، زیرا به سطوح نسبتاً پایین تابش نور، یا فوتون‌ها، پاسخ می‌دهند.

مخروط‌ها در نور روشن فعال می‌شوند و تخصص دارند در شناسایی طول‌موج‌های خاصی از نور مرئی — به‌ویژه قرمز، سبز و آبی. این سه نوع مخروط به ترتیب به نام‌های «L»، «M» و «S» نامگذاری شده‌اند که به طول‌موج‌های بلند، متوسط و کوتاه نور مرئی که به آن‌ها حساس هستند اشاره دارد.

وقتی مخروط‌ها فعال می‌شوند، بینایی رنگی بستگی به تفسیر مغز از الگوهای تحریک این سه نوع سلول در شبکیه دارد. هر الگو مانند یک کد عمل می‌کند که کدهای مختلف رنگ‌ها و شدت‌های مختلف نور را باز می‌کند.

مخروط‌های M بیشتر به رنگ سبز حساس هستند، اما در واقع به طیفی از رنگ‌ها پاسخ می‌دهند که به طور کامل با طول‌موج‌هایی که مخروط‌های L و S به آن‌ها واکنش نشان می‌دهند هم‌پوشانی دارد. بنابراین، در شرایط طبیعی، نمی‌توانید فقط مخروط‌های M را تحریک کنید بدون اینکه مخروط‌های L و S هم تحریک شوند. محققان این سوال را مطرح کردند که اگر بتوانند این قانون را نقض کنند و فقط مخروط‌های M را تحریک کنند، چه اتفاقی خواهد افتاد؟

رنگ جدید: اولو

تحریک فقط مخروط‌های M، رنگ اولو را نمایان کرد، که نام آن به مختصات یک نقشه سه‌بعدی رنگ‌ها اشاره دارد — «0، 1، 0». «o» نشان‌دهنده صفر است، که به عدم تحریک مخروط‌های L و S اشاره دارد، در حالی که «l» عدد یک است که نشان‌دهنده تحریک کامل مخروط‌های M است. بعد از تحریک اولو به‌طور جداگانه، محققان توانستند این رنگ را در تصاویر و ویدئوهایی که شرکت‌کنندگان مشاهده می‌کردند، ادغام کنند.

یک راه برای تصور اولو این است که نور یک لیزر سبز را در نظر بگیرید و سپس شدت آن را افزایش دهید. در مقایسه با اولو، نور لیزر تک رنگ «رنگ‌پریده» به نظر می‌رسید، برخی از شرکت‌کنندگان این‌طور گفتند. «برای من خیلی عجیب است که چگونه ممکن است چیزی با شدت بیشتری وجود داشته باشد که لیزر در مقایسه با آن رنگ‌پریده به نظر برسد»، فونگ گفت.

محدودیت‌ها و چالش‌ها

اگرچه تکنیک Oz می‌تواند مرزهای بینایی انسان را گسترش دهد، در حال حاضر محدودیت‌هایی نیز دارد. به عنوان مثال، شرکت‌کنندگان نمی‌توانند مستقیماً به نمایش Oz نگاه کنند، زیرا مخروط‌های واقع در مرکز شبکیه بسیار کوچک هستند و پیدا کردن نور لیزر دشوار است. به همین دلیل، افراد در این مطالعه باید از دید محیطی خود برای مشاهده Oz استفاده می‌کردند و به یک نقطه ثابت نگاه می‌کردند.

در نهایت، Oz ممکن است بتواند در مرکز شبکیه — جایی که بینایی بسیار دقیق رخ می‌دهد — اعمال شود، اما فونگ گفت که این امر در عمل چالش بزرگی خواهد بود.

محدودیت دیگر این است که در حال حاضر، کاربران باید نگاه خود را در یک نقطه ثابت نگه دارند تا از Oz استفاده کنند، زیرا محققان تنها بخش کوچکی از شبکیه را که شامل هزاران مخروط است، به‌عنوان یک مفهوم آزمایشی نقشه‌برداری کرده‌اند.

محققان اکنون در حال بررسی این ایده هستند که از Oz برای مطالعه و درمان کوررنگی استفاده کنند و همچنین تجربه داشتن نوع چهارم سلول مخروطی را تحریک کنند. این ویژگی به طور طبیعی در برخی افراد وجود دارد و منجر به توانایی نادر به نام تتراکروماتی می‌شود که حساسیت آن‌ها به رنگ‌ها را افزایش می‌دهد.

در خارج از تحقیق علمی، ممکن است روزی از Oz برای نمایش‌های رنگی روزمره مانند آن‌هایی که در تلویزیون یا صفحه‌نمایش گوشی‌ها وجود دارد استفاده شود — اما فونگ گفت که این کاربرد در حال حاضر بسیار بعید است.

«روش کنونی ما به لیزرها و اپتیک‌های بسیار تخصصی بستگی دارد که قطعاً به زودی وارد گوشی‌های هوشمند یا تلویزیون‌ها نمی‌شود»، او گفت. بنابراین، برای حالا، اولو رنگی نادر خواهد بود که فقط چند نفر آن را مشاهده می‌کنند.