Считается, что глаз человека не способен воспринимать инфракрасные лучи, ведь они, так же, как и рентгеновское излучение и радиоволны, не входят в спектр видимого излучения. Однако международная команда исследователей из США, Польши, Швейцарии и Норвегии под руководством коллег из Медицинской школы Университета Вашингтона в Сент-Луисе (Washington University School of Medicine in St. Louis), США, в ходе новой работы получила доказательства того, что в определенных условиях сетчатка глаза все-таки способна к восприятию инфракрасного света. Результаты исследования представлены онлайн в журнале «Proceedings of the National Academy of Sciences».
Идея о проведении подобного исследования появилась у ученых после того, как многие специалисты, работающие с инфракрасными лазерами, заявляли о возникновении зеленых вспышек перед глазами во время эксплуатации оборудования. В отличие от лазерной указки, которая часто используется при проведении лекций, лазер, с которым работали специалисты, испускает лучи, которые полностью находятся в невидимом спектре, и потому возникновение зрительных ощущений при работе с ним вызвало множество вопросов. Ученые проанализировали научную литературу, просмотрели все отчеты, в которых сообщалось о визуальном восприятии инфракрасных лучей, и попробовали повторить некоторые из них.
В ходе данной работы исследователи использовали клетки сетчатки глаз лабораторных мышей и человека, на которые воздействовали инфракрасным излучением, генерируемым мощным лазером. Они экспериментировали с различной продолжительностью импульсов, которые переносили одинаковое количество фотонов, и выявили, что чем короче излучение, тем больше вероятность того, что человек его увидит. Исследователи обратили внимание, что если лучи, посылаемые в пульсовом режиме, следовали очень быстро друг за другом, на сетчатку попадало удвоенное количество энергии, и глаз был способен воспринимать инфракрасное излучение как видимое. Несмотря на то что в ходе экспериментов интервалы между импульсами подчас были настолько незначительны, что их невозможно было определить невооруженным глазом, их наличие было принципиально важным, поскольку позволяло получить зрительные образы.
Известно, что, попадая на сетчатку глаза, фотон — элементарная частица света — поглощается фотопигментами, причем один фотон абсорбируется одним фотопигментом. Поглощенный свет преобразуется в нервный импульс и по проводящей системе поступает в соответствующие зоны головного мозга для построения зрительного образа. Однако одномоментное импульсное поступление большого количества фотонов, вероятно, делает возможным поглощение одним фотопигментом нескольких элементарных частиц, а их общей энергии достаточно для того, чтобы образовался нервный импульс, и человек увидел то, что в обычных условиях находится за границами видимого спектра.
Объясняя полученные наблюдения, ученые отметили, что спектр видимого излучения включает электромагнитные волны с длиной волны 400–720 нм, однако если молекула пигмента практически одномоментно абсорбирует несколько фотонов с длиной волны 1000 нм, она получает столько же энергии, сколько при поглощении частицы с длиной волны 500 нм, которая находится в пределах видимого спектра.
Несмотря на то что в ходе данной работы впервые была доказана способность человеческого глаза воспринимать инфракрасные лучи с помощью вышеописанного механизма, идея использования лазеров для того, чтобы увидеть то, что невозможно заметить невооруженным глазом, не нова. Например, в двухфотонном микроскопе используется лазер для определения флуоресцирующих молекул, находящихся в глубине ткани. Руководитель исследования доктор Владимир Дж. Кефалов (Vladimir J. Kefalov) отметил, что проведенные эксперименты преследуют цель разработки нового диагностического оборудования, позволяющего специалистам не только осматривать глаза, но и, стимулируя отдельные специфичные участки сетчатки, давать оценку его функциональным возможностям. Он надеется, что полученные результаты найдут практическое применение в медицинской практике.
- Palczewskaa G., Vinbergb F., Stremplewski P. et al. (2014) Human infrared vision is triggered by two-photon chromophore isomerization. December 1, PNAS [Epub ahead of print].
- Washington University in St. Louis (2014) Human eye can see ‘invisible’ infrared light. ScienceDaily, December 1 (http://www.sciencedaily.com/releases/2014/12/141201161116.htm).
Юлия Котикович
