Kolor, który widziało tylko pięć osób
W artykule opublikowanym w „Science Advances” badacze opisują, jak z użyciem lasera precyzyjnie stymulowali siatkówkę pięciu uczestników, dzięki czemu badani stali się pierwszymi ludźmi, którzy zobaczyli niemożliwie nasycony zielononiebieski kolor, wykraczający poza normalny zakres ludzkiego widzenia.
Nasza siatkówka zawiera trzy typy fotoreceptorów światłoczułych, czyli czopków. Czopki S rejestrują fale o stosunkowo krótkiej długości, co odbieramy jako kolor niebieski. Czopki M reagują na fale o średniej długości – odbieramy to jako zielony. Czopki L z kolei są aktywowane przez długie fale świetlne, dając wrażenie czerwieni. Te sygnały – odpowiadające barwie niebieskiej, zielonej i czerwonej – trafiają do mózgu, gdzie są łączone w pełnokolorowy obraz, który widzimy.
Jednak zakresy działania tych trzech typów czopków częściowo się pokrywają: światło, które pobudza czopki M, niemal zawsze pobudza również czopki S lub L. „Nie istnieje takie światło w naturze, które aktywuje wyłącznie czopki M, bo jeśli one się uaktywniają, to na pewno któreś z pozostałych także” – mówi Ren Ng, profesor inżynierii elektrycznej i informatyki na University of California w Berkeley. Ng i jego zespół postanowili obejść to podstawowe ograniczenie, tworząc technikę barwną, którą nazwali Oz.
„Nazwa pochodzi z Czarnoksiężnika z Krainy Oz, gdzie bohaterowie zmierzają do Szmaragdowego Grodu, który lśni najpiękniejszą zielenią, jaką można sobie wyobrazić” – wyjaśnia Ng. Na własnej „wyprawie” badacze użyli laserów do precyzyjnego dostarczania maleńkich dawek światła do wybranych czopków w ludzkim oku. Najpierw zmapowali część siatkówki, by zidentyfikować, który czopek jest typu S, M lub L. Następnie za pomocą lasera dostarczyli światło wyłącznie do czopków M.
Nie było to szczególnie komfortowe. „To zdecydowanie nie jest sprzęt konsumencki – Przeprowadziliśmy czysto naukowy eksperyment z zakresu neurologii i percepcji wzrokowej” – mówi Ng. W rzeczywistości badacze eksperymentowali na samych sobie – trzech z pięciu uczestników badania to współautorzy publikacji. Dwóch pozostałych to koledzy z University of Washington, którzy nie znali celu badań.
Jako jeden z badanych Ng wszedł do zaciemnionego laboratorium i usiadł przy stole. „Były tam lasery, lustra, elastyczne zwierciadła, modulatory, detektory światła” – wspomina. Musiał mocno zacisnąć zęby na specjalnym uchwycie, by utrzymać głowę i oczy nieruchomo. Gdy laser zaświecił na jego siatkówkę, Ng zobaczył maleńki kwadrat światła – mniej więcej wielkości paznokcia kciuka wyciągniętej przed siebie ręki. W tym kwadracie ujrzał swój Szmaragdowy Gród: kolor, który badacze nazwali olo.
Jak dokładnie wygląda olo? Ng opisuje go jako „zielononiebieski o niespotykanym nasyceniu” – kolor, który jego mózg stworzył w odpowiedzi na sygnał, jakiego nigdy wcześniej z oka nie otrzymał. Najbliższym odpowiednikiem olo, który można wyświetlić na ekranie komputera, jest odcień zielononiebieski, reprezentowany przez kod szesnastkowy #00ffcc, mówi Ng. (Po angielsku ten kolor nazywa się teal – od kaczki cyraneczki, mającej część upierzenie w podobnym kolorze.) Jeśli chcesz spróbować sobie wyobrazić olo, wyjdź od tego koloru j i pomyśl, że edytujesz go na komputerze. Utrzymujesz barwę (hue) bez zmian, ale stopniowo zwiększasz jej nasycenie. W pewnym momencie osiągasz granicę tego, co twój ekran jest w stanie wyświetlić – ale ty nadal zwiększasz nasycenie, poza to, co występuje w naturze, aż osiągasz granicę ludzkiej percepcji nasycenia. To efekt zbliżony do światła z laserowego wskaźnika emitującego niemal wyłącznie zielononiebieską barwę. Olo znajduje się jeszcze poza tym zakresem.
Aby sprawdzić, czy to, co uczestnicy badania widzieli jako olo, rzeczywiście wykraczało poza standardowe ludzkie możliwości widzenia kolorów, naukowcy przeprowadzili eksperymenty porównawcze. Uczestnicy porównywali olo ze światłem lasera w kolorze zielononiebieskim i mogli regulować nasycenie barwy, dodając lub odejmując białe światło. Wszyscy stwierdzili, że jeśli dodadzą do olo białe światło (czyli zmniejszą nasycenie), nowy kolor będzie odpowiadał barwie lasera – co potwierdziło, że olo faktycznie leży poza normalnym zakresem widzenia barw przez człowieka.
„To fascynujące badanie, prawdziwy przełom w rozumieniu mechanizmów fotoreceptorowych leżących u podstaw percepcji barw. Wymagania techniczne, by to osiągnąć, są ogromne – mówi Manuel Spitschan, specjalista od wpływu światła na ludzkie zachowanie z Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik, który nie brał udziału w badaniu. – Otwartym pytaniem pozostaje, jak można będzie wykorzystać ten przełom.”
Zespół Ng marzy, o ekranach które skanują siatkówkę i wyświetlają idealny obraz lub wideo, kierując światło do konkretnych czopków – co pozwoliłoby uzyskać krystalicznie czysty, niepikselowany obraz w „niemożliwych” kolorach. „To będzie ekstremalnie trudne w realizacji, ale według mnie możliwe” – mówi Ng. Bardziej realistycznym zastosowaniem techniki Oz w najbliższej przyszłości mogłoby być umożliwienie osobom z wrodzoną ślepotą barw doświadczania, po raz pierwszy w życiu, kolorów, takich jak czerwień czy zieleń, choć nie byłoby to faktyczne leczenie. „Doświadczenie Oz jest chwilowe – mówi Ng. – Nie jest trwałe.”
„To przełom techniczny i bardzo chciałbym mieć takie urządzenie w swoim laboratorium – mówi Maarten Kamermans, badacz wzroku i siatkówki z Netherlands Institute for Neuroscience, który nie uczestniczył w badaniu. „Pomyślmy o badaniach na zwierzętach. Moglibyśmy nałożyć ludzkim uczestnikom typy fotoreceptorów charakterystyczne dla innych gatunków i stwierdzić, jak widzi pies, jak widzi mysz, a jak złota rybka – dodaje. – To byłoby naprawdę interesujące.”