Onderzoekers hebben een nieuwe kleur ontdekt die onzichtbaar is voor het menselijk oog, tenzij je je netvliezen laat laseren.
Beeld: Turkoois komt het dichtst in de buurt van de nieuwe kleur en kan je wel waarnemen zonder dat je ogen worden gelaserd.
Het menselijk oog kan maar een beperkt aantal kleuren waarnemen; volgens de schattingen iets onder de 10 miljoen. Maar nu is het wetenschappers voor de eerste keer gelukt om buiten het normale kleurenspectrum te treden en een hele nieuwe wereld aan kleur te ontdekken. In een artikel gepubliceerd in Science Advances, leggen de wetenschappers gedetailleerd uit hoe ze een zeer nauwkeurige laseropstelling hebben gebruikt om de netvliezen van vijf deelnemers te stimuleren. Deze vijf zijn daarmee de eerste mensen ooit die een kleur hebben waargenomen die buiten ons normale kleurenspectrum valt: een ongelooflijk verzadigd, blauwachtig groen.
Onze netvliezen bevatten drie soorten kegeltjes. Dat zijn fotoreceptoren die de golflengtes van licht detecteren. S-kegeltjes vangen relatief korte golflengtes op, die we percipiëren als blauw. M-kegeltjes reageren op middellange golflengtes, die we waarnemen als groen. En L-kegeltjes worden geprikkeld door lange golflengtes, die we zien als rood. Deze rode, groene en blauwe signalen komen samen in de hersenen waar ze gecombineerd worden tot het volledige kleurenspectrum dat we kunnen waarnemen.
Maar deze drie soorten kegeltjes kunnen overlappende golflengtes detecteren: het licht dat M-kegeltjes kan activeren, zal ook S of L-kegeltjes activeren. ‘Er bestaat geen enkel licht dat alleen M-kegeltjes kan activeren. Als die kegeltjes in gang worden gezet, dan worden één of beide van de andere soorten kegeltjes sowieso ook geactiveerd,’ zegt Ren Ng, hoogleraar elektrotechniek en computerwetenschappen aan de Universiteit van Californië. Ng en zijn team wilden proberen om deze fundamentele beperking van het menselijke oog te omzeilen. Daarvoor ontwikkelden ze een technicolortechniek die ze ‘Oz’ noemen.
Welkom in het land van Oz
‘De naam van de techniek komt van het verhaal De tovenaar van Oz, waarin een gezelschap reist naar de Smaragden Stad, waar alles de meest schitterende kleur groen die je ooit hebt gezien heeft’, legt Ng uit. Tijdens hun eigen expeditie gebruikten de onderzoekers lasers om nauwkeurig kleine dosissen licht naar bepaalde kegeltjes te sturen in het menselijke oog. Eerst brachten ze een gedeelte van het netvlies in kaart om van elk kegeltje te kunnen vaststellen of het ging over een S-, M- of L-kegeltje. Vervolgens stuurde ze met behulp van een laser licht naar uitsluitend de M-kegeltjes. Het was niet echt een comfortabele opstelling. ‘Dit is geen toestel bestemd voor consumenten. Het was een fundamenteel optisch en neurowetenschappelijk project.’, zegt Ng. Sterker nog, de onderzoekers experimenteerden op zichzelf: drie van de vijf deelnemers schreven mee aan de studie. De twee anderen waren collega’s van de Universiteit van Washington, die zich niet bewust waren van het doel van het onderzoek.
‘De Oz-ervaring is kortstondig. Het is niet permanent’
Ng was zelf ook een van de deelnemers. Hij ging het verduisterde lab binnen en nam plaats aan een tafel. ‘Er waren lasers, normale en vervormbare spiegels, modulatoren en lichtdetectors’, vertelt Ng. Daar moest hij hard op een staafje bijten zodat zijn hoofd en ogen stil bleven. Toen de laser in zijn netvlies scheen, zag hij een klein vierkantje van licht met de grootte van een punaise op armslengte. In dat vierkantje kreeg hij een glimp van de Smaragden Stad: een kleur die de onderzoekers ‘olo’ hebben genoemd.
Olo, het nieuwe blauwgroen
Hoe zag ‘olo’ er precies uit? Ng beschrijft het als een ‘blauwgroen met een ongeziene saturatie’ — een beeld dat het menselijk brein tevoorschijn heeft getoverd als antwoord op een signaal dat het nog nooit eerder van het oog had gekregen. ‘Het dichtste wat in de buurt kan komen van ‘olo’ dat kan worden weergegeven op een computerscherm is turkoois of de kleur die voorgesteld door de hexadecimale waarde #00ffcc’, zegt Ng. Als je wilt proberen om je olo voor te stellen, neem dan dat turkoois als startpunt. Stel je voor dat je die kleur aan het bewerken bent op een computer. Je houdt de tint zelf constant maar verhoogt geleidelijk de saturatie. Op een bepaald moment bereik je de limiet van wat een scherm je kan tonen. Je blijft de saturatie verhogen voorbij wat je kan observeren in de natuur tot je de grens bereikt van de voor mensen zichtbare saturatie. Het resultaat is wat je ziet als je naar een laserpointer zou kijken die bijna uitsluitend turkoois licht uitzendt. Olo ligt nog verder dan dat.
Om te controleren of dat wat de deelnemers zagen als ‘olo’ echt een kleur was buiten het standaard menselijk gezichtsveld, voerden de wetenschappers kleur-matchingexperimenten uit. Daarvoor moesten ze olo vergelijken met een turkooizen laser en de saturatie van de kleur aanpassen door wit licht toe te voegen of af te trekken. Alle deelnemers constateerden dat als ze olo desatureerden door wit licht toe te voegen, de nieuwe kleur dan overeenkwam met de laser. Dat bewijst dat olo buiten het normale menselijke kleurenspectrum ligt.
De toekomst van oz en olo
‘Het is een fascinerend onderzoek dat een baanbrekende vooruitgang teweegbrengt in onze capaciteit om de achterliggende fotoreceptorenmechanismes van kleurenzicht te begrijpen. De technische vereisten die nodig zijn om dit te bereiken zijn enorm’, zegt Manuel Spitschan. Hij bestudeert de effecten van licht op het gedrag van de mens aan het Max Planck Instituut voor Biologische Cybernetica in Tübingen en aan de Technische Universiteit München en was niet betrokken bij het nieuwe onderzoek. ‘Het is nu de vraag hoe we deze voortgang kunnen gebruiken.’ Het team van Ng droomt ervan om op een dag schermen te ontwikkelen die je netvlies kunnen scannen om perfecte afbeeldingen en video’s weer te geven door licht te sturen naar individuele kegeltjes. Het zou ons toelaten om heldere beelden zonder pixels in onmogelijke kleuren te tonen. ‘Dat zal extreem moeilijk zijn, maar ik denk dat het wel binnen de grenzen van het mogelijke ligt’, zegt Ng. Op de korte termijn speculeert hij dat ze Oz zouden kunnen gebruiken om patiënten met aangeboren kleurenblindheid voor de eerste keer kleuren, zoals groen en rood, te laten ervaren. Helaas gaat het hier niet om een echte behandeling. ‘De Oz-ervaring is kortstondig’, zegt Ng. ‘Het is niet permanent.’
‘Het is een technische doorbraak en ik zou het graag in mijn lab hebben’, zegt Maarten Kamermans, die het gezichtsvermogen en het netvlies bestudeert aan het Nederlands Herseninstituut en die niet betrokken was bij de studie. ‘Denk bijvoorbeeld aan dieronderzoek. We zouden fotoreceptoren van verschillende soorten dieren kunnen voorschotelen aan menselijke testpersonen zodat ze kunnen zeggen, “Oh, dit is dus wat een hond echt ziet, dit is wat een muis ziet en dit is wat een goudvis ziet”’, zegt hij. ‘Dat zou pas interessant zijn.’
Dit artikel verscheen eerder in Scientific American. Vertaling: Maxim Garvelink.
