Wissenschaftler untersuchen neue Technologie zur Aktivierung des menschlichen Auges: Fähigkeit, Infrarotlicht zu sehen

In jedem wissenschaftlichen Lehrbuch steht wahrscheinlich, dass der Mensch kein Infrarotlicht sehen kann, berichtet Science Daily. Unsichtbares Licht wie Röntgenstrahlen, Radiowellen und Infrarotlichtwellen liegen außerhalb des sichtbaren Spektrums. Ein internationales Wissenschaftlerteam unter der Leitung der Washington University School of Medicine in St. Louis hat jedoch herausgefunden, dass das menschliche Auge unter bestimmten Umständen in der Lage sein könnte, Infrarotlicht wahrzunehmen.

Mithilfe von Netzhautzellen von Mäusen und Menschen und leistungsstarken Lasern, die Infrarotlichtimpulse abgeben, stellten die Forscher fest, dass die Photorezeptorzellen in der Netzhaut manchmal einen Stoß Infrarotenergie erhalten, wenn der Laser mit hoher Geschwindigkeit pulsiert. In diesem Fall ist das menschliche Auge in der Lage, Licht außerhalb des sichtbaren Bereichs zu erkennen.

„Aufgrund dieser Ergebnisse versuchen wir, ein neues Instrument zu entwickeln, mit dem Ärzte nicht nur beide Augen untersuchen, sondern auch bestimmte Teile der Netzhaut stimulieren können, um festzustellen, ob die Netzhaut richtig funktioniert“, sagte der leitende Forscher Dr. Vladimir Kvalov, außerordentlicher Professor für Augenheilkunde und visuelle Wissenschaften an der Washington University. „Wir hoffen, dass diese Entdeckung irgendwann praktische Anwendung finden wird.“ Die Studie wurde am 1. Dezember in der Zeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht. Zu den weiteren Co-Autoren zählen Wissenschaftler aus Cleveland, Polen, der Schweiz und Norwegen.

Die Forschung begann, als einige Wissenschaftler des Forschungsteams berichteten, dass sie bei der Arbeit mit Infrarotlasern gelegentlich grüne Blitze sahen. Im Gegensatz zu den Laserpointern, die in Hörsälen und Spielzeugen verwendet werden, senden die leistungsstarken Infrarotlaser der Wissenschaftler Lichtwellen aus, die für das menschliche Auge unsichtbar sind.

„Sie können gelegentlich Laserlicht jenseits des normalen sichtbaren Bereichs sehen, und wir wollten herausfinden, wie sie Licht wahrnehmen, das normalerweise nicht sichtbar ist“, sagte Dr. Frans Weinberg, einer der Hauptautoren der Studie und Postdoktorand an der UW School of Ophthalmology and Visual Sciences.

Weinberg, Kvalov und ihre Kollegen überprüften die wissenschaftliche Literatur und überprüften Berichte über die Beobachtung von Infrarotlicht erneut. Sie wiederholten das Experiment, bei dem sie angeblich Infrarotlicht sahen, und analysierten das von verschiedenen Lasern abgegebene Licht, um zu untersuchen, warum und wie Infrarotlicht manchmal sichtbar wird.

„Wir haben mit dem Senden von Laserpulsen unterschiedlicher Länge mit der gleichen Anzahl von Photonen experimentiert und festgestellt, dass die Wahrscheinlichkeit, gesehen zu werden, umso größer ist, je kürzer der Puls ist“, erklärte Weinberg. „Obwohl die Intervalle zwischen den Impulsen so kurz sind, dass sie mit bloßem Auge nicht erkannt werden können, ist das Vorhandensein dieser Impulse wichtig, damit das menschliche Auge dieses unsichtbare Licht sehen kann.“

Normalerweise werden Photonen von der Netzhaut absorbiert, wodurch ein Molekül namens Photopigment entsteht und der Prozess der Umwandlung von Licht in Sehvermögen beginnt. Beim normalen Sehen absorbiert jedes der zahlreichen lichtempfindlichen Pigmente ein Lichtphoton. Die große Zahl an Photonen, die in kurzen Laserlichtimpulsen mit höherer Impulsrate verpackt sind, ermöglicht es einem einzelnen Pigment, jeweils zwei Photonen zu absorbieren. Die kombinierte Energie der beiden Photonen reicht aus, um das Pigment zu aktivieren. Dadurch können die Forscher Licht sehen, das normalerweise unsichtbar ist.

„Das sichtbare Spektrum umfasst Lichtwellen mit Wellenlängen zwischen 400 und 720 Nanometern“, erklärt Kvalov. „Wenn jedoch ein Paar 1.000 Nanometer langer Photonen in schneller Folge auf ein Pigmentmolekül in der Netzhaut trifft, ist die von diesen Photonen abgegebene Energie dieselbe wie bei einem einzelnen Treffer eines Photons mit einer Wellenlänge von 500 Nanometern, die deutlich innerhalb des sichtbaren Spektrums liegt, weshalb unsichtbares Licht gesehen werden kann.“

Obwohl die Forscher die ersten sind, die berichten, dass das Auge durch diesen Mechanismus unsichtbares Licht wahrnehmen kann, ist die Sichtbarmachung von Dingen mit weniger leistungsstarken Lasern kein Novum. Beispielsweise werden bei der Zwei-Photonen-Mikroskopie Laser eingesetzt, um fluoreszierende Moleküle tief im Gewebe zu erkennen. Die Forscher sagen, dass sie bereits untersuchen, wie sich der Zwei-Molekül-Ansatz auf einen neuen Typ Ophthalmoskop anwenden lässt, der Ärzten dabei helfen soll, das Innere des Auges eines Patienten zu untersuchen.

Indem sie gepulste Infrarotlaser in das Auge eines Patienten richten, können Ärzte Teile der Netzhaut stimulieren, um die Struktur und Funktion gesunder Augen und von Augen mit Netzhauterkrankungen wie Makuladegeneration zu verstehen. Die Forschung wurde teilweise durch ein von Kvalov entwickeltes Werkzeug ermöglicht, mit dem Wissenschaftler Lichtreaktionen von Netzhautzellen und Pigmentmolekülen erfassen können. Das Gerät wurde kommerzialisiert und wird in mehreren Sehforschungszentren auf der ganzen Welt verwendet.

Die Forschung wurde durch Zuschüsse des National Eye Institute (NEI), des National Institute on Aging (NIA) der National Institutes of Health (NIH), Research to Prevent Blindness, der Norwegischen Forschungsstiftung, der Europäischen Union und der Polnischen Wissenschaftsstiftung unterstützt.

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