Квантовая физика в будущем может стать основой для нового метода проверки зрения

Фото из открытых источников

Квантовая физика подарила миру GPS-навигацию, МРТ-сканеры и компьютерные чипы. Теперь метод из той же области направлен на нечто гораздо меньшее: слабое пятно в форме бабочки, которое может появиться на краю поля зрения при определенном освещении. Исследователи использовали искусственно созданный свет, чтобы растянуть эту бабочку в светящийся шестилепестковый цветок, и они надеются, что этот эффект когда-нибудь приведет к неинвазивному способу проверки состояния сетчатки — светочувствительной ткани в задней части глаза.

Узор в форме бабочки, называемый «кисточками Бёма», известен с 1940 года, и учёные давно задавались вопросом, может ли он служить биомаркером — измеримым показателем здоровья сетчатки . В отличие от более известных «кистей Хайдингера», имеющих форму песочных часов в центре поля зрения, «кисти Бёма» видны сбоку. Проблема заключается в их видимости. Обычные варианты часто слишком тусклые, чтобы быть полезными, даже для людей со здоровыми глазами. Новая методика, по словам исследователей, позволяет легче увидеть этот узор.

Результаты исследования были опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences группой ученых из Университета Буффало и Школы оптометрии Университета Ватерлоо, а также Гонконгским центром исследований зрения.

Считается, что поляризованный свет, который вибрирует в одном направлении, а не во всех направлениях одновременно, отражается от мельчайших структур во внутренних слоях сетчатки и создает эффект «бабочки». Обычный поляризованный свет дает только двухлепестковый вариант. Структурированный свет, луч, поляризация которого была специально организована по определенному шаблону по всей его ширине, создает многолепестковый узор. В тех местах, где направления поляризации луча указывают на общую точку, поясняется в статье, слабые сигналы от сетчатки суммируются, образуя более яркие и четкие лепестки.

Два источника белого света, один из которых проходил через вращающийся поляризатор, смешивались для контроля степени поляризации луча. Затем свет проходил через кольцеобразные отверстия и пластину из жидкого кристалла, которая располагала его поляризацию в виде закручивающегося узора. Зеленый фильтр выбирал цвет, а линза фокусировала кольцо на сетчатке каждого добровольца, пока тот смотрел на маленькую точку в центре. Кольца шести размеров покрывали узкую зону от примерно половины градуса до четырех градусов, измеренную как угол отклонения от точки, на которую направлен взгляд. Фотографии сетчатки каждого добровольца использовались для калибровки этих углов. Тестированию подвергался только правый глаз.

В математических расчетах исследователей количество лепестков определяется тем, как поляризация луча закручивается вокруг кольца. Моделирование, представленное в статье, показывает от двух до шести лепестков, некоторые из которых располагаются за пределами кольца, а некоторые — внутри его темного центра. Однако тестирование на добровольцах было сосредоточено на шестилепестковой версии, поэтому остальные результаты основаны на модели, а не на тестировании на людях.

Каждый доброволец наблюдал за свечением в течение четверти секунды и говорил, вращается ли оно по часовой стрелке или против часовой стрелки. После двух правильных ответов подряд система ослабляла поляризованный сигнал, а после ошибки усиливала его, фокусируясь на самом слабом варианте, который каждый человек еще мог обнаружить.

В исследовании приняли участие шестнадцать человек, все они были набраны в Университете Ватерлоо и прошли проверку зрения и сканирование сетчатки. Одиннадцать человек завершили все этапы. Один отказался от участия, один оказался непригодным, у двоих возникли технические проблемы с визуализацией сетчатки, а один почувствовал дискомфорт и не показал никакой измеримой чувствительности к изображению. Добровольцам выплачивалось вознаграждение, и в основном тексте статьи их возраст и пол не указаны.

Вблизи центра взгляда луч должен был быть сильно поляризован, прежде чем кто-либо заметил его вращение. При отклонении на четыре градуса регистрировалась гораздо более слабая версия. По оценке исследователей, добровольцам, находящимся примерно в одном градусе от центра, в среднем требовалась поляризация примерно половины луча, а остальная часть — обычный свет. Все одиннадцать добровольцев показали одинаковую общую тенденцию, хотя некоторые были более чувствительны, чем другие, — разница, которую авторы объясняют возможными вариациями в анатомии сетчатки. Эта тенденция совпадает с измерениями обычных кистей Бёма, проведенными в 1964 году, которые также выявили слабую чувствительность вблизи центра.

Соавтор статьи Душан Саренац из Университета Буффало отметил, что добавление долей сетчатки предоставляет «множество способов измерения восприятия пациентами этого явления». Поврежденная ткань сетчатки может по-разному рассеивать свет и изменять то, что видит человек. Например, при глаукоме ранняя потеря нервных волокон вблизи центра сетчатки может изменить картину, и в статье также упоминается макулярная дегенерация, возрастное заболевание, повреждающее центральное зрение, а также повреждение сетчатки, связанное с диабетом, как потенциальные объекты исследования.

Это пока лишь гипотеза. В исследовании не принимали участие люди с заболеваниями сетчатки, и исследователи признают, что пока нет строгой модели, объясняющей, как рассеяние света сетчаткой создает видимые людьми узоры. Саренак сказал, что следующим шагом будет тестирование людей с заболеваниями сетчатки.

На данный момент светящийся цветок на краю поля зрения — это остроумный лабораторный результат, а не результат осмотра глаз.