科学家研究新技术激活人眼 或能看见红外光

据科学日报报道，任何一本科学教科书可能都会写道人类看不见红外光。 例如X射线、无线电波和红外光波等不可见光都超出了可见光谱的范围。然而，由美国华盛顿大学圣路易斯医学院合作带领的一支国际科学家小组发现在某些特定的情况下，人眼或可能可以感知到红外光。

利用老鼠和人类的视网膜细胞，以及能够释放红外光脉冲的强大激光，研究人员发现当激光高速发送脉冲时，视网膜里的感光细胞有时候能够接收到红外能量的击打。当这一情况发生时，人眼能够检测位于可见光范围以外的光。

“借助这些实验结果，我们试图研发一种新型工具，使得医师不仅可以检测双眼，还能够刺激视网膜的特定部分以确定视网膜功能是否正常，”高级调查员、华盛顿大学眼科学和视觉科学的副教授弗拉基米尔·克伐洛夫(Vladimir J. Kefalov)博士这样说道。“我们希望这项发现最终将产生某些实际的应用。”这项研究被发表在12月1日的期刊《美国国家科学院院刊》(PNAS)上，其它合作作者包括来自美国克利夫兰、波兰、瑞士和挪威的科学家们。

这项研究始于研究小组里的某些科学家报告称在利用红外激光工作时偶尔会看到绿色闪光。与演讲厅和玩具里使用的激光指示器有所不同，科学家们使用的强大红外激光会释放出人眼不可见的光波。

“他们能够偶尔看见超出正常可见范围的激光，我们想要查明他们是如何感知本来不可见的光，”研究首席作者之一、华盛顿大学眼科学和视觉科学学院的博士后研究员弗兰斯·温贝格(Frans Vinberg)博士这样说道。

温贝格、克伐洛夫和同事查阅了科研文献并重新审阅了有关看到红外光的报告。他们重复进行了据称看到红外光的实验，并分析了不同激光释放出的光以调查红外光有时为什么以及如何变得可见。

“我们对发送相同数量光子但时长不同的激光脉冲进行了实验，结果发现脉冲越短，它被人看见的可能性越大，” 温贝格解释道。“尽管脉冲之间的间隔非常短，肉眼无法察觉，但这些脉冲的存在对于人眼看见这些不可见光而言非常重要。”

一般来说，光子被视网膜吸收后，后者会创造一个名为感光色素的分子，并开始将光转化为视觉的过程。在标准视觉里，大量感光色素里的每一个色素会吸收一个光子。而脉冲频率较高的激光的短脉冲里堆积的大量光子使得单一色素一次吸收两个光子变为可能，而两个光子结合的能量足以激活色素从而使得研究人员能够看到正常情况下不可见的光。

“可见光谱包括波长介于400至720纳米之间的光波，” 克伐洛夫解释道。“但如果一对1000纳米长的光子快速连续击中视网膜里的一个色素分子，那么这些光子传递的能量与一个500纳米波长光子一次撞击所产生的能量相同，而这恰好位于可见光谱范围以内，这就是为什么人们可以看见不可见光。”

尽管研究人员是第一批报告称眼睛能够通过这一机制感知不可见光的人，但利用不那么强大的激光实现事物可见并非前所未有。例如两光子显微镜利用激光检测组织深处的荧光分子。研究人员表示他们已经在研究如何将两分子方法应用于新型检眼镜，这种新式检眼镜将帮助医师检查病人眼睛内部情况。

通过朝病人眼睛照射红外脉冲激光，医师可以刺激视网膜部分以了解健康眼睛和患有视网膜疾病，例如黄斑变性的病患眼睛的结构和功能。这项研究的成功部分得益于克伐洛夫开发的一项工具，后者使得科学家们可以获得视网膜细胞和色素分子的光反应，这一设备已经实现了商业化且已经在全世界好几家视觉研究中心投入使用。

这项研究得到了美国国家眼科研究所(NEI)、美国国家卫生研究院(NIH)国家老龄化研究所(NIA)、防盲研究、挪威研究基金会、欧盟和波兰科学基金会的资金支持。