Cinq personnes voient une couleur sans vue auparavant appelée «Olo»
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Le arc-en-ciel peut être dû pour une mise à jour. Une nouvelle méthode de haute technologie pour afficher la couleur a permis à cinq sujets de test de voir une teinte au-delà la gamme humaine standard. La recherche, Publié le 18 avril dans le journal Les avancées scientifiques, est la preuve de concept pour une technique qui pourrait permettre aux neuroscientifiques de sonder des questions non répondues auparavant sur la perception visuelle. Avec le temps, cela pourrait même aider les gens à colorer les aveugles à découvrir le spectre complet des couleurs et permettre aux personnes régulièrement à la vue Différencier entre des centaines, des milliers ou des millions de teintes précédemment indétectables.
«C’est un tour de force technologique», » Jay Neitzneuroscientifique et professeur au Département d’ophtalmologie de l’Université de Washington qui n’a pas été impliqué dans la nouvelle étude, raconte Science populaire. « Ce qu’ils ont pu faire, ça tombe presque dans le domaine de la science-fiction. C’est tellement incroyable – la technologie qui se passe ici. »
La méthode et la machine prototype nouvellement décrits s’appelle le système de vision Oz (un clin d’œil pas si subtil pour atteindre quelque part au-dessus de l’arc-en-ciel. Et la nouvelle couleur activée par Oz est nommée «Olo», une référence à ses coordonnées théoriques d’espace colorimétrique, qui sont (0,1,0).
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Qu’est-ce que l’espace colorimétrique?
L’espace colorimétrique est le moyen standard de tracer toutes les nombreuses teintes visibles pour les humains. Il est basé sur l’idée de la trichromacy: que la plupart des gens ont trois types de cellules de cône photorécepteur. Nous avons des photorécepteurs réglés sur de courtes longueurs d’onde, des longueurs d’onde moyennes et des longues longueurs d’onde – correspondant respectivement au bleu, au vert et au rouge. Avec ces trois types de cônes, la plupart peuvent discerner quelque part autour un million différentes nuances dans le spectre de la lumière visible.
Mais il y a des couleurs même dans le spectre visible qui sont impossibles à percevoir réellement pour les humains trichromatiques. En effet, les trois types de cellules côtières se chevauchent dans leurs réponses à certaines longueurs d’onde de lumière. La réponse du photorécepteur moyen (M), réglée au vert, chevauche les réponses longues (L) et courtes (S) des photorécepteurs de chaque côté du spectre. Il n’y a pas de longueur d’onde de lumière visible qui stimule naturellement uniquement ces cellules M dans les yeux humains. Donc, chaque fois que vous voyez le vert, vous le voyez mélangé avec un peu autre chose: jaune ou bleu des cellules L ou S.
Oz permet aux chercheurs de contourner cette limitation inhérente de la vision humaine. Le protocole permet aux scientifiques de stimuler les ensembles de photorécepteurs individuels et présélectionnés, y compris des cellules M seulement, par eux-mêmes. En réponse, les sujets ont un coup d’œil à un vert (ou bleu-vert, selon qui le décrit) si intense et pur qu’il a longtemps été classé comme «couleur imaginaire».
Bienvenue à Oz
La première étape avec OZ est de créer une carte détaillée de la rétine d’une personne individuelle: classifier chaque cellule. Cette carte personnalisée est ensuite utilisée pour programmer un laser à l’œil pour fournir un faisceau de lumière focalisé si précis qu’il peut frapper une seule cellule à la fois. Pour y parvenir, un ordinateur doit détecter et corriger les mouvements minuscules mais inévitables de l’œil d’une personne en temps réel. Stimuler une seule cellule à cône ne crée pas de couleur perceptible, donc Oz va plus loin et déplace rapidement son laser dans un motif en zigzag à travers un patch prédéterminé de cellules. Oz n’envoie son faisceau que lorsqu’il passe sur une cellule cible. Dans le cas de l’étude nouvellement publiée, ces cellules cibles ont été classées comme des photorécepteurs M au stade de cartographie.
Normalement, Les humains perçoivent la couleur Sur la base des longueurs d’onde particulières de la lumière atteignant nos rétines et stimulant nos cellules photorécepteurs dans un rapport et un modèle particulier. Mais avec le système de vision OZ, une seule longueur d’onde de lumière peut être utilisée pour créer la perception d’innombrables couleurs différentes car les cellules peuvent être si sélectivement stimulées.
Le prototype actuel comprend une gamme de capteurs, de sources de lumière laser, de miroirs et de compteurs de photons, et combine plusieurs avancées – anciens dans la fabrication – en un seul système. «C’est vraiment l’aboutissement de toutes ces technologies qui ont été développées au fil des décennies», explique Sara Pattersonneuroscientifique et professeur adjoint en ophtalmologie à l’Université de Rochester qui ne faisait pas partie de la nouvelle équipe de recherche. «Je pense juste que c’est fantastique», ajoute-t-elle.
Les auteurs de l’étude ont testé ce processus avec cinq sujets humains et ont pris plusieurs mesures pour vérifier que ce que ces participants voyaient était vraiment nouveau. «C’est une expérience très bien contrôlée», explique Patterson. Ils ont stimulé la perception d’Olo sur des arrière-plans de couleurs différentes, avec des superpositions mobiles, et également directement contre certaines nuances sur le bord de (mais toujours à l’intérieur) de l’espace colorimétrique humain normal. Dans ce dernier type d’essai, ils ont demandé aux sujets d’utiliser un cadran pour modifier le carré Olo jusqu’à ce qu’il correspond au carré de couleur non imaginaire. Dans tous les cas, les participants ont dû diluer OLO avec une quantité importante de lumière blanche jusqu’à ce qu’ils signalent une correspondance.
La machine verte
Alors, à quoi ressemble cette nouvelle couleur?
« Olo ressemble à une couleur bleu-vert qui est juste le bleu-vert ou le plus sarcéraire le plus saturé que j’ai jamais vu », raconte Ren Ng, informaticien et informatique visuel à UC Berkeley et l’un des co-auteurs de l’étude, raconte Science populaire.
En plus de faire partie de l’équipe de recherche, NG faisait également partie des sujets d’étude qui ont pu assister à Olo de première main. «C’est très natable. C’est très perceptible», dit-il, mais c’est tout simplement plus intense que n’importe quelle couleur naturelle. Il a comparé l’expérience d’Olo à la première fois qu’il a vu un pointeur laser vert. « J’aurais probablement dit en ce moment: » Wow, c’est le vert le plus vert que j’ai jamais vu « , » Mais maintenant, Olo l’emporte.
Pour voir la couleur, les sujets devaient rester très immobiles, les yeux positionnés exactement sur place – facilités en partie par une bouchée. Ensuite, ils ont fixé leurs yeux sur un point de l’espace, tandis que le laser a stimulé un carré de cellules sur le côté. Avec cette stimulation, Olo est apparu dans un patch environ deux fois plus grand que la pleine lune semble dans le ciel, dit Ng. Les clignotements réinitialiseraient le système de correction de mouvement, et donc Olo n’était visible que pendant des secondes à la fois avant de disparaître, puis de clignoter. Néanmoins, même cette expérience limitée était «si cool», explique Ng. «Je suis tellement chatouillé à ce sujet.»
Un arc-en-ciel de possibilités
Il est encore plus excité par l’avenir. OLO est la preuve que ce type d’activation de la précision des photorécepteurs est possible. Maintenant que la méthode est prouvée, il y a beaucoup plus à faire.
L’équipe de recherche explore actuellement si OZ peut ou non être utilisé pour permettre aux aveugles de couleur, qui sont fonctionnellement des dichromates (c’est-à-dire un type de cône manquant) pour voir temporairement la gamme humaine complète. Théoriquement, cela est possible en classant artificiellement un sous-ensemble de cellules côtières comme type manquant de photorécepteur et en les ciblant sélectivement avec une stimulation laser, hors synchronisée du reste des cellules, explique NG. Jusqu’à présent, il dit que le travail progresse bien.
Ce n’est pas la première tentative d’inverser la cécité couleur. Dans Une étude historique 2009Neitz et une équipe de collègues ont utilisé la thérapie génique pour introduire un troisième type de cellules photorécepteurs dans des singes aveugles. L’expérience a été un succès selon tous leurs tests, permettant aux singes de distinguer les objets qu’ils ne pouvaient auparavant pas distinguer.
Cependant, les singes ne peuvent pas expliquer leur expérience aux chercheurs humains ni ne confirment définitivement qu’ils perçoivent les couleurs qu’ils ne pouvaient pas auparavant. «Nous ne savons pas vraiment ce qu’ils voyaient (», explique Neitz. Mais les humains aveugles couleur offraient une opportunité similaire grâce à Oz pourraient confirmer, d’une manière ou d’une autre, si un troisième photorécepteur conduit à une perception visuelle normale ou autre chose. «C’est en fait un fantasme que j’avais il y a des années», dit-il, et maintenant il semble à portée de main.
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À plus long terme, Ng et ses collègues espèrent aller encore plus loin. Les auteurs imaginent qu’ils pourraient éventuellement utiliser OZ pour simuler l’expérience de tétrachromates: Les animaux (comme les oiseaux et les poissons) et les humains extrêmement rares qui ont quatre types de cellules photorécepteurs et un répertoire de couleur 100 fois plus grand. Mais la technologie n’est pas encore tout à fait là.
Bien que Oz soit, par tous les comptes, une réalisation impressionnante – le système n’est pas parfait, note Gregory Schwartzneuroscientifique et professeur agrégé à la Northwestern University. La recherche, dit-il, est «magnifique» et «vraiment excitante». Cependant, il y a encore des limites à la technologie, que Ng et ses co-auteurs reconnaissent et catalogues dans l’étude.
Bien que l’Oz soit une méthode de stimulation des photorécepteurs plus ciblée que ce qui a même existé pour l’homme auparavant, il n’est pas précis à 100%. Il y a encore une quantité importante de «fuite de lumière». Environ ⅔ des photons dirigés par le laser finissent par être capturés par des cellules non cibles. «Ils étaient tout à fait honnêtes à ce sujet dans le journal», explique Schwartz. Malgré la fuite, il est convaincu qu’Olo est toujours en dehors de l’espace colorimétrique humain normal, « mais probablement pas aussi loin qu’ils voulaient aller. »
Une autre autre limitation majeure est la taille et l’évolutivité du prototype OZ, note Schwartz. Nous sommes loin des lunettes ou des écrans portables qui peuvent suivre suffisamment les mouvements oculaires pour offrir une expérience en couleur OZ complète. Et la nécessité d’une carte de rétine détaillée fait de l’ajout de sujets d’étude une entreprise à forte intensité de ressources (c’est pourquoi le nombre de participants était si petit – une autre limitation). Mais la possibilité d’une réalité virtuelle hyper-couleur est plus proche qu’auparavant.
Généralement, dans le domaine de la recherche sur la perception des couleurs, les scientifiques vont et viennent sur les mêmes types de questions, en utilisant les mêmes types de méthodes, dit Patterson – débattre de choses comme les voies neuronales qui permettent la vision des couleurs, ou le rôle relatif de la rétine vs cerveau. Mais Oz offre un point d’entrée sur un nouveau domaine total, note-t-elle.
Déjà, le fait que les cinq sujets de recherche décrivaient la couleur OLO de manière si similaire et qu’ils ont tous pu le percevoir comme distinct de l’espace colorimétrique humain normal invite des questions intéressantes sur la flexible ou la perception visuelle rigide, explique-t-elle. Les neuroscientifiques sont depuis longtemps incertains si les humains seraient même capables de donner un sens à une nouvelle couleur lorsqu’ils sont présentés avec un. Cela ajoute à la preuve que, dans certains concours, nos cerveaux peuvent comprendre des teintes inconnues.
«Parfois, lorsque vous poussez le moyen du système hors de sa gamme de fonctionnement normale, comme ils le font ici, vous pouvez vraiment apprendre de nouvelles choses», explique Patterson. «J’ai hâte de voir quelle est la prochaine étape.» Il est difficile d’imaginer à quel point il pourrait être coloré.
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