کشف جدید دانشمندان با هک کردنِ چشم انسان

یک پزشک: در یکی از خیره‌کننده‌ترین پژوهش‌های علمی سال‌های اخیر، دانشمندان توانسته‌اند با بهره‌گیری از فناوری‌های نوری و تصویربرداری پیشرفته، ساختار چشم انسان را به‌گونه‌ای تغییر بدهند که تجربه‌ی دیداری جدیدی برای شرکت‌کنندگان خلق شود.

این تجربه، مشاهده‌ی رنگی بود که در طبیعت وجود ندارد و تاکنون هیچ انسانی آن را ندیده بود. نام این رنگ را «اُلو» Olo گذاشته‌اند؛ رنگی از طیف آبی‌ـ‌سبز با درخشندگی و اشباعی شگفت‌انگیز.

در این تحقیق جسورانه، پژوهشگران به‌دنبال آن بودند که تنها یکی از سه نوع سلول مخروطی Cone Cells در شبکیه‌ی چشم را به‌تنهایی تحریک کنند. این سلول‌ها، که به سه دسته‌ی L (حساس به نور قرمز)، M (حساس به نور سبز) و S (حساس به نور آبی) تقسیم می‌شوند، در شرایط طبیعی همیشه به‌صورت ترکیبی فعال می‌شوند. یعنی وقتی به نوری نگاه می‌کنیم، بیش از یک نوع مخروط تحریک می‌شود، و مغز با تحلیل الگوهای این تحریکات، رنگ‌ها را تفسیر می‌کند.

اما سؤال اصلی این تحقیق این بود: اگر بتوانیم تنها سلول‌های M را ـ بدون آن‌که سلول‌های L و S تحریک شوند ـ فعال کنیم، مغز چه رنگی را خواهد دید؟

اُز: تکنیکی که چشم را دوباره معنا می‌کند

برای پاسخ به این سؤال، پژوهشگران سامانه‌ای بسیار دقیق طراحی کردند به نام «اُز» Oz، که نام آن الهام‌گرفته از داستان معروف «جادوگر شهر اُز» است، جایی که عینک‌های سبزرنگ باعث درک متفاوتی از واقعیت می‌شوند.

گام نخست در این فرآیند، تهیه‌ی نقشه‌ی دقیق از شبکیه‌ی چشم هر شرکت‌کننده بود. برای این منظور از فناوری بسیار پیشرفته‌ای به نام «توموگرافی انسجام نوری با اپتیک تطبیقی» Adaptive Optics Optical Coherence Tomography (AO-OCT) استفاده شد. این فناوری امکان مشاهده‌ی مستقیم و دقیق سلول‌های مخروطی را فراهم می‌کند و با تابش نور و تحلیل واکنش فیزیکی آن‌ها (تغییرات میکروسکوپی در شکل)، نوع هر سلول (L، M یا S) تشخیص داده می‌شود.

پس از تهیه‌ی این نقشه‌ی بی‌نظیر، پژوهشگران با استفاده از لیزرهای فوق دقیق و با قدرت بسیار پایین (که به آن‌ها Laser Microdoses گفته می‌شود)، تنها سلول‌های M را هدف گرفتند. یک سامانه‌ی دنبال‌کننده‌ی حرکات چشم در لحظه، اطمینان حاصل می‌کرد که پرتوهای لیزر به دقت بر مکان مورد نظر در شبکیه تابانده شوند، حتی زمانی که چشم به‌صورت ناخودآگاه حرکت می‌کرد.

اُلو چیست؟ رنگی خارج از فضای آشنای درک بشر

نتیجه‌ی این تحریک متمرکز، مشاهده‌ی رنگی بود که با هیچ‌یک از رنگ‌های شناخته‌شده در طبیعت مطابقت نداشت. این رنگ، که شرکت‌کنندگان آن را «آبی‌ـ‌سبز با اشباعی بی‌نظیر» توصیف کردند، در فضای سه‌بعدی رنگ با مختصات «۰، ۱، ۰» تعریف می‌شود:

صفر در محور L، یعنی بدون تحریک سلول‌های قرمز

یک در محور M، یعنی تحریک کامل سلول‌های سبز

صفر در محور S، یعنی بدون تحریک سلول‌های آبی

به همین دلیل، نام «اُلو» Olo برای آن برگزیده شد: حرف «O» نخست، نمایانگر صفر، حرف «L» نمایانگر یک، و حرف «O» پایانی باز هم نماد صفر بودن دو مؤلفه‌ی دیگر.

شرکت‌کنندگان از آن‌چه دیده بودند حیرت‌زده شدند. برای توصیف این رنگ از قیاسی استفاده کردند: نور لیزر سبز را تصور کنید، سپس درجه‌ی اشباع رنگ را چنان افزایش دهید که آن لیزر، در مقایسه، رنگ‌پریده به‌نظر برسد. این سطح از شدت و غلظت رنگ، برای ذهن انسان غریبه بود.

چرا پیش‌تر این رنگ دیده نشده بود؟

علت آن در ساختار بنیادی بینایی ما نهفته است. سلول‌های مخروطی M در شبکیه، طیف گسترده‌ای از طول‌موج‌های نور را دریافت می‌کنند که با محدوده‌ی عملکرد سلول‌های دیگر (L و S) هم‌پوشانی دارد. به همین دلیل، در طبیعت هرگاه نور سبز دیده می‌شود، مخروط‌های قرمز و آبی هم تا حدی فعال می‌شوند. هیچ‌گاه نمی‌توان فقط M را تحریک کرد… مگر با سیستمی دقیق و کنترل‌شده مانند اُز.

فناوری اُز در شرایط کنونی هنوز محدودیت‌هایی دارد. به‌دلیل کوچک‌بودن و تراکم زیاد سلول‌ها در مرکز شبکیه (فووه‌آ Fovea)، شرکت‌کنندگان نمی‌توانند مستقیماً به نقطه‌ی اُز نگاه کنند. بلکه باید به‌صورت مایل، با دید پیرامونی، ناحیه‌ی تحریک را ببینند.

همچنین، نقشه‌برداری از تمام شبکیه بسیار پیچیده است. فعلاً تنها بخش کوچکی از آن با دقت لازم تهیه شده است و هرگونه تغییر زاویه‌ی دید، دقت لیزرها را به‌خطر می‌اندازد. برای رسیدن به تجربه‌ای روان و عمومی از اُلو، باید روش‌هایی برای ردیابی دقیق‌تر حرکات چشم و گسترش نقشه‌ی شبکیه ابداع شود.

با این‌حال، همین تجربه‌ی اولیه به‌عنوان «اثبات امکان» Proof of Concept گامی انقلابی در فهم بینایی انسان محسوب می‌شود.

پژوهشگران معتقدند این روش می‌تواند در آینده برای شبیه‌سازی وضعیت بیماری‌های چشمی، درمان یا جبران کوررنگی، و حتی ایجاد نوعی چهاررنگ‌بینی Tetrachromacy مورد استفاده قرار گیرد. چهاررنگ‌بینان افرادی نادرند که به‌صورت طبیعی یک نوع سلول مخروطی اضافی دارند و می‌توانند رنگ‌هایی را ببینند که دیگران نمی‌توانند. فناوری اُز شاید بتواند این تجربه‌ی نادر را برای افراد عادی شبیه‌سازی کند.

همچنین می‌توان اُز را در مدل‌سازی پیشرفته‌ی بیماری‌های چشمی مانند دژنراسیون ماکولا Macular Degeneration یا رتینوپاتی دیابتی Diabetic Retinopathy به‌کار گرفت.

آیا اُلو وارد زندگی روزمره‌ی ما خواهد شد؟

هرچند دیدن اُلو تجربه‌ای بی‌نظیر است، اما فعلاً نمی‌توان انتظار داشت که نمایشگرهای تلویزیون یا تلفن‌های همراه بتوانند این رنگ را بازتولید کنند. زیرا این روش به تجهیزات لیزری تخصصی و اپتیکی بسیار گران‌قیمت و پیچیده نیاز دارد که قابل نصب روی ابزارهای خانگی نیست.

با این‌حال، خودِ این کشف، درک ما از رنگ، چشم، و ذهن انسان را به‌گونه‌ای بنیادین تغییر می‌دهد. اُلو، شاید تنها رنگی باشد که نه از طبیعت الهام گرفته، و نه از ترکیب پیگمان‌ها ساخته شده، بلکه مستقیماً در آزمایشگاهی متولد شده که هدفش تنها یک چیز بوده: گشودن مرزهای ادراک.