Видеть невидимое: что такое двухфотонное зрение
Человеческий глаз способен «увидеть» то, что обычно остается вне возможностей зрения — ближний инфракрасный свет. Но для этого свет должен быть доставлен на сетчатку с поразительной точностью.
Светлана ЛевченкоАвтор новостей
В обычной жизни мы воспринимаем лишь видимый свет — диапазон длин волн, к которому чувствительны фоторецепторы сетчатки. Ближний инфракрасный свет лежит за пределами этого диапазона и потому для нас он «черный». Однако несколько лет назад стало ясно, что есть исключение: так называемое двухфотонное зрение.
При этом феномене молекула зрительного пигмента в сетчатке почти одновременно поглощает два инфракрасных фотона. Каждый из них по отдельности слишком «слаб», чтобы вызвать зрительную реакцию, но в сумме их энергии уже достаточно, чтобы запустить обычный каскад зрительного процесса. Так человек может воспринимать инфракрасное излучение, которое долгое время считалось невидимым для человеческого глаза.
Специалисты Международного центра трансляционных исследований глаза в Польше под руководством Катажины Комар решили выяснить, как диаметр лазерного пятна и расфокус влияют на порог видимости двухфотонного стимула. Это важно не только для понимания физики самого явления, но и для разработки будущих систем визуализации сетчатки и, возможно, дисплеев, использующих двухфотонное восприятие.
В эксперименте использовали два вида света: инфракрасный с длиной волны 1040 нм и видимый зеленый свет на 520 нм. Парадоксально, но участники оба вида стимулов воспринимали как зеленые — наглядная иллюстрация того, насколько «обманчивым» может быть двухфотонное зрение.
В исследовании приняли участие три здоровых добровольца. Измерения проводили на «ведущем» глазе, с расширенным зрачком и заблокированной аккомодацией — естественная автофокусировка глаза была отключена. Оптическую систему настраивали индивидуально, чтобы найти оптимальную точку фокусировки. Затем меняли диаметр луча, вводили контролируемый дефокус и измеряли порог видимости стимула в центре сетчатки и на 5° в сторону, в темноте и при подсветке зеленым светодиодом. Сами стимулы выглядели как маленькое мерцающее кольцо, похожее на тестовые объекты в стандартных исследованиях поля зрения.
Оказалось, что в двухфотонном зрении диаметр светового пучка играет принципиальную роль. Когда инфракрасный свет был точно сфокусирован на сетчатке, изменение диаметра луча заметно сдвигало порог видимости. Для обычного зеленого света такой зависимости не наблюдали. То есть для восприятия двухфотонного стимула геометрия луча — это не просто оптический нюанс, а один из определяющих факторов: чем теснее сфокусирован свет, тем выше плотность фотонов и вероятность того, что два из них «встретятся» в нужный момент.
Ученые также обнаружили, что двухфотонное зрение гораздо более чувствительно к расфокусировке. В обычном зрении расфокус в первую очередь размывает контуры. В режиме двухфотонного восприятия инфракрасный стимул в первую очередь терял яркость, а не четкость: вместо того чтобы размываться, он просто исчезал. Это говорит о том, что в данном режиме сетчатка ведет себя как нелинейный детектор: даже небольшие потери концентрации энергии в фокусе резко снижают эффективность стимуляции.
Практический вывод: для систем, основанных на двухфотонном зрении — от диагностических приборов до экспериментальных дисплеев, — точность оптики критична куда сильнее, чем для обычных визуальных технологий. С другой стороны, результаты показали, что меньший диаметр луча может быть менее чувствителен к ошибкам фокусировки, что важно для реального применения, где идеальные условия обеспечить сложно.
Ранее ученые создали искусственную сетчатку с умными опциями.
Поделиться
