受限于視覺(jué)極限，人類(lèi)基本無(wú)法靠肉眼在夜間行動(dòng)自如。紅外夜視儀可以幫助賦予“超級(jí)視覺(jué)”，但這種需要佩戴的儀器有著諸多缺陷：通常比較笨重、需要靠有限的電池供電、可能被強(qiáng)光過(guò)曝、同可見(jiàn)光環(huán)境不兼容等。

日前，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)部薛天教授研究組與美國(guó)馬薩諸塞州州立大學(xué)醫(yī)學(xué)院（University of Massachusetts Medical School）韓綱教授研究組合作，結(jié)合視覺(jué)神經(jīng)生物醫(yī)學(xué)與創(chuàng)新納米技術(shù)，首次實(shí)現(xiàn)動(dòng)物裸眼紅外光感知和紅外圖像視覺(jué)能力。該研究成果已發(fā)表于國(guó)際頂級(jí)期刊《細(xì)胞》（Cell）上，并被《細(xì)胞》雜志選為當(dāng)期唯一科普視頻進(jìn)行重點(diǎn)推廣。

成果發(fā)布后，這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)引發(fā)關(guān)注，并被網(wǎng)友稱為“夜視眼藥水”?，F(xiàn)階段人類(lèi)是否可以如此便捷地實(shí)現(xiàn)“超級(jí)視覺(jué)”？論文通訊作者之一、并列第一作者、中國(guó)科大生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)部教授鮑進(jìn)日前在接受澎湃新聞?dòng)浾撸╳ww.dbgt.com.cn）采訪時(shí)表示，“目前還沒(méi)有打算用于人，如果未來(lái)需要用在人身上，我們希望能設(shè)計(jì)出非注射的方法?！?/p>

初衷：拓展視覺(jué)感受光譜

人類(lèi)擁有復(fù)雜的視覺(jué)神經(jīng)系統(tǒng)，視覺(jué)也是人類(lèi)必不可少的感官形式。然而，人類(lèi)的視覺(jué)系統(tǒng)只可探測(cè)到400納米-700納米之間的光，也就是可見(jiàn)光，只占自然界中電磁波波譜里很小的一部分。

電磁波和可見(jiàn)光波譜。

探測(cè)較長(zhǎng)的波長(zhǎng)，如人類(lèi)最早發(fā)現(xiàn)的非可見(jiàn)光區(qū)域近紅外光（NIR），對(duì)哺乳動(dòng)物來(lái)說(shuō)是一個(gè)充滿誘惑但又極具挑戰(zhàn)的“超能力”。 紅外線（波長(zhǎng)大于700納米）廣泛的存在于自然界中，對(duì)其的探測(cè)感知將幫助我們獲取超過(guò)可見(jiàn)光譜范圍的信息。

為此，人們發(fā)明了以光電轉(zhuǎn)換和光電倍增技術(shù)為基礎(chǔ)的紅外夜視儀，但是其有一系列缺陷，比如通常比較笨重、需要靠有限的電池供電、可能被強(qiáng)光過(guò)曝、同可見(jiàn)光環(huán)境不兼容等。截至目前，哺乳動(dòng)物肉眼無(wú)法看到近紅外光，也無(wú)法將近紅外光圖像投射到大腦。

薛天、韓綱、鮑進(jìn)等人結(jié)合材料科學(xué)和生物醫(yī)學(xué)，試圖讓哺乳動(dòng)物擺脫夜視儀更“天然”地獲得“超級(jí)視覺(jué)”。

“上轉(zhuǎn)換”納米顆粒修飾技術(shù)及其在視網(wǎng)膜的功能實(shí)現(xiàn)。

論文顯示，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種可注射的、自供電的、內(nèi)置的近紅外光納米天線，它可以將人類(lèi)的視覺(jué)光譜擴(kuò)展到近紅外范圍。這些視網(wǎng)膜光感受器結(jié)合“上轉(zhuǎn)換”納米顆粒(pbUCNPs)作為微型能量傳感器，可以在哺乳動(dòng)物小鼠體內(nèi)將不可見(jiàn)的近紅外光轉(zhuǎn)化變成短波長(zhǎng)的可見(jiàn)光綠光。

鮑進(jìn)對(duì)澎湃新聞表示，“我們最初的想法就是拓展視覺(jué)感受廣譜，在小鼠的眼底注射了一種含有‘上轉(zhuǎn)換’納米顆粒的液體，這種納米顆?？梢詫⒓t外光轉(zhuǎn)成可見(jiàn)光，使視網(wǎng)膜里的感光細(xì)胞可以對(duì)此響應(yīng)?！毖芯繄F(tuán)隊(duì)還對(duì)納米顆粒進(jìn)行了修飾，使納米顆?？梢岳卫喂潭ㄔ谛∈笠暰W(wǎng)膜光感受器細(xì)胞的表面。

值得注意的是，首先需要關(guān)注的是這種材料是否安全？鮑進(jìn)表示，“我們檢驗(yàn)了小鼠注射后的生物相容性，結(jié)果顯示相容性很好，副作用很微小，并且在注射后一周之內(nèi)消失。并且，這個(gè)副作用并不是來(lái)源于納米顆粒，而是注射本身帶來(lái)的?！鄙锵嗳菪灾干w組織對(duì)非活性材料產(chǎn)生反應(yīng)的一種性能，一般是指材料與宿主之間的相容性。

論文顯示，光感受器細(xì)胞被近紅外光激活后產(chǎn)生的信號(hào)可以通過(guò)視神經(jīng)傳遞到小鼠大腦視覺(jué)皮質(zhì)，這些納米顆?？梢栽谛∈笱壑型Ａ?個(gè)月以上，不產(chǎn)生任何明顯的副作用。

巧妙設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)讓小鼠“告訴”所見(jiàn)

然而，小鼠并不能告訴科學(xué)家它們看到了什么。

“從單細(xì)胞記錄感光細(xì)胞的光電流，到動(dòng)物行為學(xué)的瞳孔光反射、明暗箱、水迷宮等?！滨U進(jìn)提到，這些巧妙的實(shí)驗(yàn)幫助研究團(tuán)隊(duì)驗(yàn)證了小鼠眼睛具備的特異功能。

從不同水平證明注射小鼠獲得紅外圖像視覺(jué)。

所謂的瞳孔光反射實(shí)驗(yàn)，即用近紅外光照射已注射納米顆粒和未注射納米顆粒小鼠的眼睛，已注射小鼠的瞳孔產(chǎn)生收縮，而未注射小鼠的瞳孔未產(chǎn)生任何變化。

明暗箱。

接著，在“明暗箱”實(shí)驗(yàn)中，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一個(gè)聯(lián)通隔間的箱子，一個(gè)隔間是完全黑的，另一個(gè)隔間用近紅外光照亮。通常情況下，小鼠由于是夜間動(dòng)物喜歡待在黑暗中。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，已注射小鼠在完全黑暗中停留的時(shí)間更長(zhǎng)，很少在有紅外觀的隔間里駐留。而未注射小鼠在兩個(gè)隔間中停留的時(shí)間基本相同、來(lái)回穿梭。

上述兩個(gè)實(shí)驗(yàn)證明，小鼠確實(shí)可以感受到近紅外光。

但研究團(tuán)隊(duì)想讓小鼠更清晰地“表達(dá)”出它們感受近紅外光的能力，是否可以分辨近紅外光圖像？

Y形水迷宮。

研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步設(shè)了一個(gè)Y形水迷宮，以此來(lái)測(cè)試小鼠的圖像識(shí)別能力。水迷宮的一端被分隔成兩個(gè)通道，一個(gè)平臺(tái)隱藏在其中一個(gè)通道末端，小鼠不愿意待在水中，而平臺(tái)可以幫助小鼠從水平出來(lái)。

研究團(tuán)隊(duì)用不同的近紅外光圖像來(lái)訓(xùn)練小鼠，他們隨機(jī)把水平和豎直光柵圖像照射到通道兩端，而隱藏的平臺(tái)僅在豎直光柵圖像一端。

幾次嘗試后，已注射小鼠很快發(fā)現(xiàn)了豎直光柵圖像和隱藏平臺(tái)之間的關(guān)系。之后每次小鼠被放入水中，它們會(huì)迅速向豎直光柵圖像游去，而未注射小鼠看不到近紅外光圖像，它們只能隨機(jī)地在迷宮中游來(lái)游去，憑運(yùn)氣找到救命平臺(tái)。

研究團(tuán)隊(duì)把豎直-水平光柵圖像換成三角-圓圈等其他圖像，他們得到相同的結(jié)果。

這一實(shí)驗(yàn)證明，已注射小鼠可以辨別出近紅外光圖像。

另外，研究團(tuán)隊(duì)還證實(shí)，這些納米顆粒不會(huì)影響已注射小鼠的正?？梢?jiàn)光視覺(jué)。也就是說(shuō)，小鼠可以同時(shí)看見(jiàn)可見(jiàn)光和近紅外光。

值得一提的是，理論上來(lái)說(shuō)，不僅紅外光，這種技術(shù)適用更廣的廣譜?！爸灰脑旒{米顆粒的吸收和發(fā)射光譜。”鮑進(jìn)透露，目前，研究團(tuán)隊(duì)目前還在提高納米顆粒對(duì)近紅外光的敏感度，除此之外，也在嘗試其它的光譜。

不過(guò)，對(duì)于這項(xiàng)會(huì)賦予“超常視覺(jué)”的技術(shù)，外界最期許的是人類(lèi)是否適用?！澳壳斑€沒(méi)有打算用于人，如果未來(lái)需要用在人身上，我們希望能設(shè)計(jì)出非注射的方法?！滨U進(jìn)表示。

不僅賦予超常視覺(jué)，該技術(shù)未來(lái)或最先用來(lái)嘗試修復(fù)色盲等視覺(jué)缺陷。研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，結(jié)合材料科學(xué)和生物醫(yī)學(xué)，這項(xiàng)技術(shù)有著廣闊的應(yīng)用前景。