Os cientistas enganam a atenção para ver uma nova cor ‘Olo’

No romance original de Frank Baum O maravilhoso mago de OzDiz-se que a cidade de Emerald é um tom de verde tão brilhante que os visitantes devem usar óculos de renda verde para proteger seus olhos de “o brilho e a glória” da cidade.

Os óculos são um dos muitos enganos do mago; A cidade vista através de óculos com tons de verde, obviamente, só pareceria mais verde.

Mas, usando uma nova técnica chamada “Oz”, cientistas da Universidade da Califórnia, Berkeley, encontraram uma maneira de manipular o olho humano para ver uma cor nova-uma cor azul esverdeada de saturação incomparável que a equipe de pesquisa nomeou “Olo”.

“Era como uma cerceta profundamente saturada … a cor natural mais saturada era simplesmente pálida em comparação”, disse Austin Roorda, professor de optometria e ciência da visão da Escola de Optometria e Visão da UC Berkeley, de Oz.

Oz trabalha usando pequenas doses de luz a laser para controlar individualmente até 1.000 fotorreceptores no olho ao mesmo tempo. Usando Oz, a equipe é capaz de mostrar às pessoas não apenas um verde mais impressionante do que qualquer coisa na natureza, mas também outras cores, linhas, pontos em movimento e imagens de bebês e peixes.

A plataforma também pode ser usada para responder a perguntas básicas sobre visão humana e perda de visão.

“Escolhemos Oz para ser o nome, porque era como se estivéssemos em uma jornada para a terra de Oz para ver essa cor brilhante que nunca tínhamos visto antes”, disse James Carl Fong, um estudante de doutorado em engenharia elétrica e ciências do computador (EECs) na UC Berkeley.

“Criamos um sistema que pode rastrear, direcionar e estimular células fotorreceptoras com uma precisão tão alta que agora podemos responder muito básica, mas também muito instigante, perguntas sobre a natureza da visão de cores humanas”, disse Fong. “Isso nos dá uma maneira de estudar a retina humana em uma nova escala que nunca foi possível na prática”.

A técnica de Oz é descrita em um novo estudo Publicado na semana passada no diário Avanços científicos. O trabalho foi financiado em parte por subsídios federais dos Institutos Nacionais de Saúde e do Escritório de Pesquisa Científica da Força Aérea.

Fotorreceptores inexplorados

Os seres humanos são capazes de ver em cores graças a três tipos diferentes de células de “cone” fotorreceptor incorporadas na retina. Cada tipo de cone é sensível a diferentes comprimentos de onda da luz: os cones S detectam comprimentos de onda mais curtos e azuis;, os cones detectam comprimentos de onda esverdeados médios; e os cones L detectam mais comprimentos de onda avermelhados.

No entanto, devido a uma peculiaridade evolutiva, os comprimentos de onda de luz que ativam os cones M e L são quase totalmente sobrepostos. Isso significa que 85% da luz que ativa os cones M também ativa os cones L.

“Não há comprimento de onda no mundo que possa estimular apenas o cone”, disse o autor sênior do estudo, um professor de EECs da UC Berkeley, “comecei a me perguntar como seria se você pudesse estimular todas as células M Cone. Seria o verde mais verde que você já viu?”

Para descobrir, NG se uniu a Roorda, que havia criado uma tecnologia que usava pequenas microdoses de luz a laser para atingir e ativar fotorreceptores individuais. Roorda chama a tecnologia de “um microscópio para olhar para a retina” e já está sendo usada pelos oftalmologistas para estudar doenças oculares.

Mas para um humano perceber uma cor totalmente nova, Ng e Roorda precisariam encontrar uma maneira de ativar não apenas uma célula de cone, mas milhares deles.

Uma tela de filme do tamanho de uma unha

Fong começou a trabalhar no projeto OZ em 2018 como estudante de graduação em engenharia e criou grande parte do software complexo necessário para traduzir imagens e cores em milhares de pequenos pulsos de laser direcionados à retina humana.

“Entrei depois de conhecer esse outro aluno que estava trabalhando com Ren, que me disse que estava atirando lasers nos olhos das pessoas para fazê -las ver cores impossíveis”, disse Fong.

Para que o OZ funcione, primeiro você precisa de um mapa do arranjo exclusivo das células de cone S, M e L na retina de um indivíduo. Para obter esses mapas, os pesquisadores colaboraram com Ramkumar Sabesan e Vimal Prahbhu Pandiyan na Universidade de Washington, que desenvolveram um sistema óptico que pode imaginar a retina humana e identificar cada célula de cone.

Com o mapa do cone de um indivíduo na mão, o sistema Oz pode ser programado para escanear rapidamente um feixe de laser sobre um pequeno pedaço de retina, fornecendo pequenos pulsos de energia quando o feixe atinge um cone que deseja ativar e ficar fora.

O feixe a laser é apenas uma cor – a mesma matiz que um ponteiro de laser verde – mas, ao ativar uma combinação de células de cone S, M e L, pode enganar o olho para ver imagens em pleno técnico. Ou, ativando principalmente as células do cone M, Oz pode mostrar às pessoas a cor Olo.

“Se você olhar para a unha do índice à duração do braço, isso é do tamanho da tela”, disse Roorda. “Mas se pudéssemos, teríamos preenchido todo o espaço visual como um IMAX.”

A experiência ‘uau’

Hannah Doyle, uma estudante de doutorado em EECs e co-autora do artigo, projetou e dirigiu os experimentos humanos com Oz. Cinco indivíduos humanos tiveram a chance de ver a cor Olo, incluindo Roorda e Ng, que estavam cientes do objetivo do estudo, mas não das especificidades do que veriam.

Em um experimento, Doyle pediu aos participantes que comparassem Olo com outras cores. Eles o descreveram como verde-azul-verde ou pavão e relataram que estava muito mais saturado que a cor monocromática mais próxima.

“As cores mais saturadas que você pode experimentar na natureza são as monocromáticas. A luz de um ponteiro de laser verde é um exemplo”, disse Roorda. “Quando eu prendi Olo contra outra luz monocromática, eu realmente tive essa experiência de ‘uau’.”

Doyle também tentou “tremer” o laser de Oz, direcionando-o um alvo sempre levemente para fora, para que os pulsos de luz atingissem cones aleatórios, em vez de apenas os cones. Os participantes imediatamente pararam de ver Olo e começaram a ver o verde comum do laser.

“Eu não era um assunto para este artigo, mas vi Olo desde então, e é muito impressionante. Você sabe que está olhando para algo muito verde-azulado”, disse Doyle. “Quando o laser é irregular, a cor normal do laser quase parece amarela porque a diferença é tão forte.”

Sondando a natureza da visão de cores

Oz não é apenas útil para projetar pequenos filmes nos olhos. A equipe de pesquisa já está encontrando maneiras de usar a técnica para estudar doenças oculares e perda de visão.

“Muitas doenças que causam comprometimento visual envolvem células perdidas de cone”, disse Doyle. “Uma aplicação que estou explorando agora é usar esse cone por ativação do cone para simular a perda de cone em indivíduos saudáveis.”

Eles também estão explorando se Oz poderia ajudar as pessoas com daltonismo a ver todas as cores do arco -íris ou se a técnica poderia ser usada para permitir que os humanos vejam em cor tetracromática, como se tivessem quatro conjuntos de células de cone.

Também pode ajudar a responder a perguntas mais fundamentais sobre como o cérebro entende o mundo complexo ao nosso redor.

“Descobrimos que podemos recriar uma experiência visual normal apenas manipulando as células – não lançando uma imagem, mas apenas estimulando os fotorreceptores. E descobrimos que também podemos expandir essa experiência visual, o que fizemos com Olo”, disse Roorda. “Ainda é um mistério se, se você expandir os sinais ou gerar novas entradas sensoriais, o cérebro será capaz de entender e apreciá -los? E, você sabe, eu gosto de acreditar que pode. Acho que o cérebro humano é esse órgão realmente notável que faz um ótimo trabalho em entender as contribuições, existir ou até novo.”

Autores adicionais do estudo incluem Congli Wang, Alexandra E. Boehm, Sophie R. Herbeck, Brian P. Schmidt, Pavan Tiruveedhula, John E. Vanston e William S. Tuten da UC Berkeley. Este trabalho foi apoiado por uma bolsa do Hellman, concessão de sementes do FHL Vive Center, Escritório de Subsídios de Pesquisa Científica da Força Aérea (FA9550-20-1-0195, FA9550-21-1-0230), BURSTUTUTOS NACIONAIS DE SABELA (R01EY023591, R01EY01110, U01EY0320555) e ScientStrous e ScientSoughs, U01EY0205555555) e ScientS111111111s).