Войти * Регистрация
Донецкая народная республика
Луганская народная республика
} НОВОРОССИЯ

» » «Зрение киборга»: невидимое становится видимым

«Зрение киборга»: невидимое становится видимым



Люди могут видеть в инфракрасном спектре — пары фотонов удваивают свою энергию, формируя один видимый фотон.

Кэтрин Сандерсон, Nature, dec 2014

перевод "Русской Весны"

*  *  *

Несмотря на то, что мы не обладаем даром рентгеновского зрения как киборг или супермен, у нас есть то, что тянет на сверхспособность: мы можем видеть инфракрасное излучение помимо того, которое традиционно считалось видимой частью спектра. Ряд экспериментов доказывает, что этот малоизученный и озадачивающий эффект проявляется когда пары инфракрасных фотонов одновременно воздействуют на одну и ту же пигмент-белковую структуру, что высвобождает достаточное количество энергии для запуска химических реакций, позволяющих видеть свет.

Традиционная наука и химия зрительных процессов утверждают что человеческий глаз может видеть свет с длиной волны в диапазоне между 400 (голубой) и 720 (красный) нанометров. Хотя, этот диапазон по-прежнему известен как видимая часть спектра, были зафиксированы случаи, когда люди видели свет лазера с длиной волны превышающей 1000 нанометров в белом, зеленом и других цветах.

Криштоф Палчевски, фармаколог университета Кейс Вестерн Резерв (Case Western Reserve University), утверждает, что видел свет, издаваемый низкоэнергетическим лазером — 1050 нанометров. «Ты просто видишь это невооруженым глазом», — говорит он.

Чтобы выяснить было ли это из ряда вон выходящим случаем, Палчевски наблюдал как реагирует сетчатка глаза 30 здоровых взрослых (пожелавших поучаствовать в эксперименте) на вспышку света низкоэнергетического лазера при изменении длины волны. По мере увеличения длины волны и достижении инфракрасного спектра (IR) участникам сперва было тяжело рассмотреть свет, но при длине волны около 1000 нанометров свет становился всё чётче. Эта способность человеческого глаза долгие годы ставила ученых в тупик.

Подводят ли нас глаза?

Палчевски хотел проверить достоверность двух основных гипотез, которые объясняют способность человеческого глаза видеть инфракрасный спектр.
Первая из них основывается на том, что когда длинноволновый свет достигает коллагена соединительной ткани глаза, некоторое количество энергии превращается в фотоны на уровне половины длины волны света, и этот феномен носит название генерации второй гармоники (SHG). Затем сетчатка улавливает этот видимый свет и «обманывает» мозг, заставляя его думать, что свет идёт напрямую из источника.
Сущность второй гипотезы заключается в том, что эта способность видеть инфракрасный спектр — результат феномена, известного как двухфотонная изомеризация. Молекулы зрительных рецепторов глаза поглощают энергию отдельных фотонов на традиционной длине волны, характерной для видимой части спектра. Это заставляет молекулы изменять форму и запускает цепь реакций, в результате которых глаз человека видит. Но если два фотона, каждый из которых несет половинный заряд, а следовательно и длина волны увеличивается вдвое, воздействуют на глаз одновременно, их энергии могут аккумулироваться и, возможно, запускать ту же изомеризацию, как единичный фотон.

Для проверки первой гипотезы Палчевски изъял коллаген из сетчатки глаза мыши, а затем измерил реакцию на свет с разной длиной волны. Но сетчатка мыши реагировала на лазеры в 1000 нанометров так же, как и человеческая сетчатка с коллагеном, приводя к выводу о несостоятельности гипотезы генерации второй гармоники.

Вторым аргументом против этой гипотезы стали результаты такого эксперимента: исследователи взяли кристаллы белка зрительного рецептора родопсина (зрительный пигмент) и воздействовали на них инфракрасным светом. При длине волны менее 1000 нанометров кристаллы меняли цвет с красного на желтый. Если бы причиной изменения цвета была генерация второй гармоники (SHG), спектр света, излучаемого кристаллами родопсина, обнаруживал бы некий демаскирующий признак, однако этого не было зафиксировано.

Несмотря на отсутствие прямых доказательств того, что именно двухфотонные реакции позволяют видеть невидимое, компьютерные симуляции указывают на приоритетность этой гипотезы. Квантово-химические вычисления показали, что родопсин способен поглощать низкоэнергетические фотоны и возвращаться в прежнее возбужденное состояние при поглощении одного фотона видимого света. Подобные вычисления также определили потенциальные показатели двойного поглощения в диапазоне между 1000 и 1100 нанометров, что вскоре нашло подтверждение в ходе экспериментов. Результаты изысканий опубликованы в официальном журнале Национальной академии наук США.
Успех эксперимента
Казим Заиди, невролог из Колледжа оптометрии SUNY, Нью-Йорк, соавтор работы, в которой предпочтение отдавалось гипотезе генерации второй гармоники, говорит, что он доволен тем как исследование вышло на экспериментальный уровень, но свою гипотезу аутсайдером не считает: «Мне бы хотелось увидеть однозначный эксперимент, который бы исключал процессы генерации второй гармоники из области человеческого зрения или зрения приматов», — говорит он.
Химик Массимо Оливуччи из Университета Боулинг Грин (Bowling Green State University) поражен тем, как Палчевски и его коллеги перешли от экспериментов с участием человека к квантово-механическим расчётам. «Результаты проведенного исследования говорят в пользу гипотезы двухфотонного поглощения», утверждает он.

This entry passed through the Full-Text RSS service - if this is your content and you're reading it on someone else's site, please read the FAQ at fivefilters.org/content-only/faq.php#publishers.



07.12.2014
Loading...

Похожие статьи:
Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.
вверх