En la novela original de Frank Baum, The Wonderful Wizard of Oz, se dice que la ciudad esmeralda es un tono verde brillante que los visitantes deben usar gafas con color verde para proteger sus ojos del «brillo y gloria» de la ciudad.
Las gafas son uno de los muchos engaños del mago; La ciudad vista a través de gafas con color verde, por supuesto, solo se vería más verde.
Pero utilizando una nueva técnica llamada «Oz», científicos de la Universidad de California, Berkeley, han encontrado una manera de manipular el ojo humano para ver un color nuevo: un color azul verde de saturación incomparable que el equipo de investigación ha llamado «Olo».
«Era como un verde azulado profundamente saturado … el color natural más saturado estaba pálido en comparación», dijo Austin Roorda, profesor de optometría y ciencias de la visión en la Escuela Herbert Wertheim de Optometry & Vision Science de UC Berkeley, y uno de los creadores de OZ.
Oz funciona usando pequeñas dosis de luz láser para controlar individualmente hasta 1,000 fotorreceptores en el ojo a la vez. Usando Oz, el equipo puede mostrar a las personas no solo un verde más impresionante que cualquier cosa en la naturaleza, sino también otros colores, líneas, puntos en movimiento e imágenes de bebés y peces.
La plataforma también podría usarse para responder preguntas básicas sobre la vista humana y la pérdida de visión.
«Elegimos a Oz para ser el nombre porque era como si íbamos a un viaje a la tierra de Oz para ver este color brillante que nunca habíamos visto antes», dijo James Carl Fong, un estudiante de doctorado en Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación (EEC) en UC Berkeley.
«Hemos creado un sistema que puede rastrear, apuntar y estimular las células fotorreceptoras con una precisión tan alta que ahora podemos responder muy básicas, pero también muy estimulantes, preguntas sobre la naturaleza de la visión del color humano», dijo Fong. «Nos da una forma de estudiar la retina humana a una nueva escala que nunca ha sido posible en la práctica».
La técnica OZ se describe en un nuevo estudio publicado la semana pasada en la revista Avances científicos. El trabajo fue financiado en parte por subvenciones federales de los Institutos Nacionales de Salud y la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea.
Fotorreceptores sin explotar
Los humanos pueden ver en color gracias a tres tipos diferentes de células de «cono» de fotorreceptores incrustadas en la retina. Cada tipo de cono es sensible a las diferentes longitudes de onda de la luz: los conos S detectan longitudes de onda más cortas y más azules; M Conos detectan longitudes de onda de medio verdoso; y los conos L detectan longitudes de onda más largas y rojas.
Sin embargo, debido a una peculiaridad evolutiva, las longitudes de onda de luz que activan los conos M y L se superponen casi por completo. Esto significa que el 85% de la luz que activa los conos M también activa los conos L.
«No hay una longitud de onda en el mundo que pueda estimular solo el cono M», dijo el autor senior del estudio Ren Ng, profesor de EEC en UC Berkeley, «comencé a preguntarme cómo se vería si pudiera estimular todas las células de cono.
Para averiguarlo, Ng se asoció con Roorda, quien había creado una tecnología que usaba pequeñas microdosis de luz láser para atacar y activar fotorreceptores individuales. Roorda llama a la tecnología «un microscopio para mirar la retina», y los oftalmólogos ya lo utilizan para estudiar enfermedad ocular.
Pero para que un humano perciba un color completamente nuevo, Ng y Roorda necesitarían encontrar una manera de activar no solo una célula de cono, sino miles de ellos.
Una pantalla de película del tamaño de una uña
Fong comenzó a trabajar en el proyecto OZ en 2018 como estudiante de ingeniería de pregrado, y ha creado gran parte del complejo software necesario para traducir imágenes y colores en miles de pequeños pulsos láser dirigidos a la retina humana.
«Me uní después de conocer a este otro estudiante que estaba trabajando con Ren, quien me dijo que estaban disparando láseres en los ojos de las personas para hacer que vean colores imposibles», dijo Fong.
Para que Oz funcione, primero necesita un mapa de la disposición única de las células de cono S, M y L en la retina de un individuo. Para obtener estos mapas, los investigadores colaboraron con Ramkumar Sabesan y Vimal Prahbhu Pandiyan en la Universidad de Washington, que han desarrollado un sistema óptico que puede imaginar la retina humana e identificar cada célula de cono.
Con el mapa de cono de un individuo en la mano, el sistema OZ se puede programar para escanear rápidamente un haz láser sobre un pequeño parche de la retina, sin pulsos de energía pequeños cuando el haz alcanza un cono que quiere activar y de lo contrario mantenerse.
El rayo láser es solo un color, el mismo tono que un puntero láser verde, pero al activar una combinación de células de cono S, M y L, puede engañar a la vista para ver imágenes en tecnicolor completo. O, al activar principalmente las células de cono M, OZ puede mostrar a las personas el color Olo.
«Si observa su uña índice a lo largo del brazo, es aproximadamente del tamaño de la pantalla», dijo Roorda. «Pero si pudiéramos, habríamos llenado todo el espacio visual como un IMAX».
La experiencia ‘wow’
Hannah Doyle, estudiante de doctorado en EECS y co-líder de la autora del artículo, diseñó y realizó los experimentos humanos con Oz. Cinco sujetos humanos tuvieron la oportunidad de ver el color Olo, incluidos Roorda y Ng, que eran conscientes del propósito del estudio, pero no los detalles de lo que verían.
En un experimento, Doyle pidió a los participantes que compararan Olo con otros colores. Lo describieron como verde azulado o verde pavo real, e informaron que estaba mucho más saturado que el color monocromático más cercano.
«Los colores más saturados que puedes experimentar en la naturaleza son los monocromáticos. La luz de un puntero láser verde es un ejemplo», dijo Roorda. «Cuando fijé a Olo contra otra luz monocromática, realmente tuve esa experiencia ‘wow'».
Doyle también intentó «nerviar» el láser OZ, dirigiéndolo muy ligeramente fuera del objetivo para que los pulsos de luz golpeen conos aleatorios en lugar de solo m conos. Los participantes inmediatamente dejaron de ver a Olo y comenzaron a ver el verde regular del láser.
«No era sujeto para este documento, pero he visto a Olo desde entonces, y es muy llamativo. Sabes que estás mirando algo muy verde», dijo Doyle. «Cuando el láser se vuelve nervioso, el color normal del láser casi parece amarillo porque la diferencia es muy marcada».
Probar la naturaleza de la visión del color
Oz no solo es útil para proyectar películas pequeñas en el ojo. El equipo de investigación ya está encontrando formas de utilizar la técnica para estudiar enfermedad ocular y pérdida de visión.
«Muchas enfermedades que causan discapacidad visual implican células de cono perdidas», dijo Doyle. «Una aplicación que estoy explorando ahora es usar este cono por activación del cono para simular la pérdida de cono en sujetos sanos».
También están explorando si OZ podría ayudar a las personas con ceguera de color a ver todos los colores del arco iris, o si la técnica podría usarse para permitir que los humanos vieran en color tetracromático, como si tuvieran cuatro conjuntos de células de cono.
También puede ayudar a responder preguntas más fundamentales sobre cómo el cerebro tiene sentido del complejo mundo que nos rodea.
«Descubrimos que podemos recrear una experiencia visual normal simplemente manipulando las células, no lanzando una imagen, sino simplemente estimulando los fotorreceptores. Y descubrimos que también podemos expandir esa experiencia visual, lo que hicimos con Olo», dijo Roorda. «Sigue siendo un misterio si, si expandes las señales o genera nuevas aportes sensoriales, ¿podrá el cerebro darles sentido y apreciarlas? Y, ya sabes, me gusta creer que puede.
Los autores adicionales del estudio incluyen Congli Wang, Alexandra E. Boehm, Sophie R. Herbeck, Brian P. Schmidt, Pavan Tiruveedhula, John E. Vanston y William S. Tuten de UC Berkeley. Este trabajo fue apoyado por una beca Hellman, FHL Vive Center Seed Grant, Oficina de Subvenciones de Investigación Científica de la Fuerza Aérea (FA9550-20-1-0195, FA9550-21-1-0230), Institutos Nacionales de Subvención de Salud (R01EY023591, R01EY029710, U01EY032055) y un premio de Burroughs de Burroughs de Burroughs.
