Dankzij een nieuwe techniek hebben wetenschappers bepaalde cellen in het netvlies weten te activeren. Hierdoor konden proefpersonen een kleur ontwaren die in de fysieke wereld niet zichtbaar is.
Vijf mensen hebben een kleur ervaren die nooit eerder is gezien. Wetenschappers gebruikten hiervoor lasers en trackingtechnologie om specifieke cellen in het netvlies te activeren. De betreffende blauwgroene kleur heeft een zeer hoge ‘verzadiging’, ofwel intensiteit, en komt niet voor in het natuurlijke kleurenspectrum. Wetenschappers noemen het onderzoek ‘technisch verbluffend’.
Het is niet de eerste keer dat wetenschappers individuele kegeltjes stimuleren – dit zijn receptorcellen in het oog die signalen afgeven die het brein vervolgens als kleur interpreteert. Maar dit keer was het gebied groot genoeg om een aanzienlijk effect te hebben het gezichtsvermogen. ‘In dit onderzoek is voor het eerst bewezen dat wij dit soort nieuwe kleuren daadwerkelijk kunnen waarnemen,’ zegt natuurkundige Sérgio Nascimento, specialist in menselijk gezichtsvermogen aan de Minho-Universiteit in Braga, Portugal.
Het is een blauwachtig turquoise, ‘maar dan met een ongekende verzadiging’
De wetenschappers publiceerden de details van deze nieuwe techniek op 18 april in Science Advances. Ze noemen de nieuwe, onwaarneembare kleur ‘olo’. Het is een blauwachtig turquoise, ‘maar dan met een ongekende verzadiging’, aldus computerwetenschapper Ren Ng van de universiteit van Californië in Berkeley. Hij is onderzoeker op het gebied van gezichtsvermogen en was niet alleen coauteur van de studie, maar ook een van de proefpersonen.
Bij deze methode – die ‘Oz’ is genoemd en op software genaamd ‘Wizard’ draait – wordt een exacte hoeveelheid licht op elke cel in het netvlies gericht om kleursignalen na te bootsen, of om signalen te genereren die het brein nooit eerder heeft ervaren.
Volgens Ng is het dankzij deze techniek mogelijk om nieuwe kleuren te ontwikkelen. Bovendien zouden mensen met kleurenblindheid – waar vooralsnog geen effectieve behandeling voor bestaat – hierdoor meer kleurverschil kunnen herkennen, aldus Ng.
Kegeltjes
Maar daar is veel werk voor nodig. Tot nu toe kan het team de kleur beïnvloeden op slechts een klein deel van het netvlies – ongeveer twee keer zo groot als de oppervlakte van de maan aan de hemel zoals wij die zien – en maar weinig laboratoria beschikken over deze technologie. Maar ook als het uiteindelijk niet op grote schaal wordt toegepast, is het onderzoek ‘een indrukwekkende technische prestatie’, zegt Jenny Bosten, visueel neurowetenschapper aan de Universiteit van Sussex in Brighton. ‘Dankzij deze techniek zijn er veel mogelijkheden voor toekomstig onderzoek.’
Mensen kunnen kleuren herkennen dankzij cellen in het netvlies, de zogeheten kegeltjes. Er zijn drie soorten, die elk gevoelig zijn voor verschillende overlappende delen van het kleurenspectrum. Bij korte, blauwe golflengtes zijn de S-kegels het meest actief, bij groen licht zijn dat de M-kegels en bij rood de L-kegels. Elke kleur van de regenboog verschijnt aan de hersenen als een bepaalde combinatie van signalen van deze drie celtypen, als een soort vingerafdruk of een set coördinaten.
De M-kegels bevinden zich in het midden van het spectrum. Als deze kegels worden geactiveerd, worden de naburige S- en L-kegels automatisch ook actief. Ng en zijn collega’s vroegen zich af of er een nieuwe kleur zou ontstaan als alleen de M-kegel zou worden geactiveerd.
Om dit te onderzoeken, brachten de wetenschappers eerst het volledige netvlies van de proefpersonen in kaart en bepaalden ze de exacte positie en het type van elke cel. Dit was mogelijk dankzij een techniek die door twee coauteurs is ontwikkeld aan de Universiteit van Washington in Seattle. Hiermee kunnen ze oogbewegingen van elk proefpersoon volgen en de lasers op specifieke kegeltjes richten.
Olo bleek nog intenser te zijn dan zelfs het allerlevendigste turquoise
De onderzoekers stimuleerden alleen de M-kegeltjes met microdoses laserlicht. Om te testen wat de deelnemers zagen, vroeg het team hen om de waargenomen kleur te vergelijken met voorbeelden van licht van één golflengte. Er was geen overeenkomst. Olo bleek nog intenser te zijn dan zelfs het allerlevendigste turquoise. Om de kleur te laten lijken op een natuurlijke kleur moest olo door proefpersonen met wit licht worden ‘aangelengd’.
Met het Oz-systeem konden proefpersonen ook een breed palet aan kleuren zien in licht van maar één golflengte. Door verschillende kegeltjes te stimuleren met een variabele laser konden karakteristieke kleurpatronen worden nagebootst; de onderzoekers konden met slechts één laser het brein ervan overtuigen dat het een kleurenvideo zag.
Kleurenblindheid
De wetenschappers proberen nu een soortgelijk effect te gebruiken om mensen met kleurenblindheid te behandelen. Bij de meest voorkomende soort kleurenblindheid werken maar twee van de drie kegeltjes optimaal. Uit onderzoek naar slingerapen, waarvan alle mannetjes kleurenblind zijn, blijkt dat als deze dieren door genetische aanpassingen een derde soort kegels krijgen, ze het volledige kleurenspectrum kunnen zien. Ng hoopt kunstmatig een subset van cellen in het derde type te veranderen, door met de laser precies te beïnvloeden hoeveel licht ze ontvangen. ‘Het brein ontvangt dan drie verschillende signalen. Dan is de vraag: kan het die signalen gebruiken om meer kleuren te zien?’
Dit onderzoek kan ons helpen te begrijpen hoe netvliessignalen uiteindelijk leiden tot kleurherkenning in het brein, en te testen in hoeverre het zicht kan worden verbeterd, vertelt Kimberly Jameson, wetenschapper op het gebied van kleurherkenning aan de Universiteit van Californië in Irvine. ‘Deze techniek staat ons toe om dat uit te gaan zoeken.’
