Ученые открыли «Оло» — совершенно новый цвет, который люди никогда раньше не видели

Ученые создали технологическую платформу под названием Oz, которая способна одновременно контролировать до тысячи светочувствительных клеток в человеческом глазу. Название технологии отсылает к классическому роману Фрэнка Баума «Удивительный волшебник из страны Оз», где город Эмеральд-Сити (Изумрудный город) был настолько ослепительно зеленым, что жители носили очки с зелеными стеклами — правда, такие очки только усиливали цвет.

Современные исследователи вдохновились этой идеей и с помощью Oz добились того, чтобы человеческий глаз начал воспринимать совершенно новый цвет — насыщенный сине-зеленый оттенок, который команда назвала «Оло».

Технология основана на точечной стимуляции фоторецепторов с помощью слабых лазерных импульсов. В результате ученые могут управлять визуальным восприятием не только цветов, но и форм, движущихся объектов и даже изображений людей и животных.

Цветовое зрение у человека обеспечивается работой трех типов фоторецепторов, называемых колбочками, которые находятся в сетчатке глаза. Каждый тип колбочек реагирует на определенный диапазон световых волн: S-колбочки воспринимают коротковолновой (синий) свет, M-колбочки — средние (зеленоватые) длины волн, а L-колбочки — длинноволновой (красный) свет.

Однако из-за особенностей эволюции диапазоны чувствительности M- и L-колбочек практически полностью перекрываются. Это значит, что около 85% света, который возбуждает M-колбочки, одновременно активирует и L-колбочки. В природе нет такой длины волны, которая бы воздействовала только на M-колбочки, и ученым стало интересно, а что бы увидел человек, если бы удалось активировать исключительно M-колбочки? Они предположили, что, это был бы самый «зеленый» из всех возможных зеленых оттенков. Но чтобы человек действительно смог воспринять новый цвет, исследователям нужно было не просто активировать одну колбочку, а воздействовать сразу на тысячи клеток одновременно. Чтобы проверить это, они разработали технологию точечной стимуляции фоторецепторов с помощью сверхмалых доз лазерного света. Они назвали эту технологию «микроскопом для изучения сетчатки», и она уже применяется офтальмологами для изучения глазных болезней.

Исследования в рамках проекта Oz начались еще в 2018 году, когда один из студентов инженерного направления начал работать над программным обеспечением, способным преобразовывать изображения и цвета в тысячи лазерных импульсов, направляемых на сетчатку глаза. Именно этот программный компонент стал ключевым элементом платформы и позволил управлять восприятием света на микроскопическом уровне. Первоначально проект привлек внимание своей необычной целью — с помощью лазеров создавать у человека восприятие «невозможных» цветов, которые не встречаются в природе.

Чтобы технология Oz функционировала корректно, сначала необходимо получить подробную карту расположения фоторецепторов S, M и L типов на сетчатке конкретного человека. Для этого исследователи объединили усилия с коллегами из Университета Вашингтона, которые разработали оптическую систему, способную с высокой точностью визуализировать сетчатку и определить расположение каждой отдельной колбочки. Имея такую карту, система Oz может программно управлять лазерным лучом, быстро сканируя участок сетчатки и точно посылая импульсы только в те моменты, когда луч попадает на нужный тип фоторецептора. В остальное время излучение отключается.

Хотя сам лазер использует лишь один цвет — зеленый, подобный лазерной указке, — комбинация стимуляции разных типов колбочек позволяет «обмануть» зрительную систему и создать полное цветное изображение. А при активации преимущественно M-колбочек система способна показать уникальный оттенок «Оло».

Сейчас изображение формируется на небольшой области — примерно с ноготь на указательном пальце. Но в перспективе поле визуализации расширится, создавая эффект полного погружения, сравнимый с экраном IMAX.

В тестировании Oz приняли участие пять добровольцев, включая самих разработчиков — они знали цель работы, но не были осведомлены о том, какой именно визуальный эффект им предстоит увидеть. Все участники смогли своими глазами увидеть уникальный цвет «Оло». В одном из тестов испытуемых просили сравнить «Оло» с привычными цветами. По их описаниям, он напоминал сине-зеленый или «павлиний» оттенок и при этом был заметно насыщеннее всех известных монохроматических цветов. В природе наибольшей насыщенностью обладают именно такие цвета — например, зеленый лазер. Но при сравнении с ним «оло» воспринимался участниками как нечто абсолютно новое и визуально более яркое.

Затем исследователи провели дополнительный эксперимент: немного сместили лазерный луч, чтобы импульсы попадали не только на M-колбочки, а случайным образом на другие рецепторы. В этот момент испытуемые перестали видеть «Оло» и стали воспринимать обычный зеленый цвет лазера. Отличие было настолько поразительным, что многие описывали эффект как «шокирующий».

Уже сегодня ученые применяют технологию для изучения заболеваний глаз и нарушений зрения. Одно из направлений — имитация потери колбочек у здоровых участников с помощью точечной стимуляции, чтобы лучше понять механизмы заболеваний, при которых теряется часть зрительных рецепторов.

Команда также рассматривает возможность использования Oz для помощи людям с цветовой слепотой — возможно, эта технология откроет для них восприятие полного спектра цветов. Еще одна амбициозная цель — исследовать возможность расширенного цветового зрения, аналогичного тетрахроматии, при которой человек мог бы воспринимать цвета так, будто у него не три, а четыре типа колбочек.