Человеческий глаз может видеть «невидимый» инфракрасный свет

Любой ученый, если вы его спросите, скажет, что мы не можем видеть инфракрасный свет. Как и рентгеновские лучи и радиоволны, инфракрасные световые волны находятся за пределами видимого спектра. Однако международная команда ученых из Вашингтонского университета обнаружила, что при определенных условиях сетчатка глаза может ощутить инфракрасный свет.

Используя клетки сетчатки мышей и людей, а также мощные лазеры, испускающие импульсы инфракрасного света, исследователи обнаружили, что когда лазерный свет пульсирует быстро, светочувствительные клетки сетчатки иногда получают двойной удар инфракрасной энергии. Когда это происходит, глаз может обнаруживать свет, который выходит за пределы видимой области спектра.

«Мы используем данные, полученные в ходе этих экспериментов, чтобы разработать новый инструмент, который позволит врачам не только изучить глаз, но и стимулировать отдельные части сетчатки, чтобы определить, нормально ли она функционирует, — говорит старший исследователь Владимир Кефалов, адъюнкт-профессор офтальмологии и визуальных наук в Университете Вашингтона. — Мы надеемся, что в конечном счете это открытие будет иметь некоторые практические применения».

Результаты работы были опубликованы 1 декабря в трудах Национальной академии наук (PHAS). В работе принимали участие ученые из Кливленда, Польши, Швейцарии и Норвегии.

Исследование было инициировано после того, как ученые исследовательской группы сообщили, что видели случайные вспышки зеленого света, работая с инфракрасным лазером. В отличие от лазерных указок, которые используются в качестве игрушек или в лекционных залах, мощный инфракрасный лазер, с которым работали ученые, как полагали, испускает свет, невидимый для человеческого глаза.

«Им удалось увидеть свет лазера, который был за пределами нормального видимого диапазона, и мы захотели выяснить, как им удалось увидеть свет, который должен был быть невидимым», — рассказал Франс Винберг, доктор наук и один из ведущих авторов работы.

Винберг, Кефалов и их коллеги изучили научную литературу и подняли сообщения людей, которые утверждали, что видели инфракрасный свет. Затем повторили предыдущие эксперименты, в ходе которых это происходило, и проанализировали данные.

«Мы экспериментировали с лазерными импульсами различной длительности, которые доставляло одно и то же количество фотонов, и обнаружили, что чем короче импульс, тем вероятнее, что человек его увидит, — объяснил Винберг. — Хотя продолжительность импульсов была столь мала, что невооруженным глазом их отметить невозможно, они позволяют людям видеть этот невидимый свет».

Франс Винберг и Владимир Кефалов

Как правило, частица света (фотон) поглощается сетчаткой, которая затем создает молекулу — фотопигмент, которая начинает процесс преобразования света в зрение. Обычно каждый из множества фотопигментов поглощает один фотон.

Но если упаковать много фотонов в короткий импульс быстро пульсирующего лазера, есть шанс, что одновременно один фотопигмент уловит два фотона, и объединенная энергия двух частиц света активирует пигмент и позволит глазу увидеть то, что в обычном состоянии невидимо.

«Видимый спектр включает волны света длиной 400-720 нанометров, — объясняет Кефалов. — Но если молекула пигмента в сетчатке одновременно улавливает пару фотонов длиной 1000 нанометров, эти частицы света доставляют то же количество энергии, что и один 500-нанометровый фотон, который хорошо заметен в видимом спектре. Вот как мы можем видеть инфракрасный свет».

Хотя эти исследователи первыми сообщили о том, что глаз может воспринимать свет таким образом, идея использования менее мощного лазерного света, чтобы сделать вещи видимыми, не нова. Двухфотонный микроскоп, к примеру, использует лазеры для выявления флуоресцентных молекул глубоко в тканях. Ученые говорят, что также работают над применением двухфотонного подхода в новом типе офтальмоскопа, инструмента, который помогает врачам исследовать внутреннюю часть глаза.

Идея заключается в том, что испуская инфракрасные импульсы лазером в глаз, врачи могли бы стимулировать части сетчатки, чтобы узнать больше о ее структуре и функции в здоровых глазах и помочь людям с заболеваниями сетчатки, например, дегенерацией желтого пятна.