Ooit wel eens overwogen om een ​​superkracht te hebben? Iets waar je een beroep op kunt doen wanneer je het nodig hebt, om je extra informatie over de wereld te geven? OK, het is geen X-ray visie, maar je ogen hebben wel vaardigheden waarvan je je misschien niet bewust bent.

We zijn allemaal bekend met kleur en helderheid, maar er is een derde eigenschap van licht - de "polarisatie" die ons de oriëntatie vertelt waarin lichtgolven oscilleren. Dieren, zoals bijen en mieren, gebruiken de polarisatiepatronen in de lucht als navigatiehulpmiddel. Maar weinigen, zelfs in de wetenschappelijke gemeenschap, zijn zich ervan bewust dat mensen de polarisatie van licht met het blote oog kunnen waarnemen.

In onderzoek we hebben zojuist gepubliceerd in Proceedings of the Royal Society B. We gebruikten een experiment dat oorspronkelijk was ontworpen om de visuele vermogens van octopussen en inktvis te testen om ons menselijk vermogen om dit gepolariseerde licht waar te nemen te onderzoeken.

We gebruiken al gepolariseerd licht

Stel je voor dat een springtouw een lichtgolf is die door de ruimte reist. Als u het touw van links naar rechts beweegt, is de golf die u maakt horizontaal gepolariseerd. Maar als je het op en neer schudt, creëer je een verticaal gepolariseerde golf. Over het algemeen is licht een mengeling van polarisaties, maar soms - bijvoorbeeld in delen van de lucht, op uw computerscherm en in reflecties van water of glas - oscilleert een groot percentage van de golven in dezelfde richting. Dit licht wordt beschreven als sterk gepolariseerd.

Waarschijnlijk bent u eerder op technologie gestoten die rond gepolariseerd licht is gebouwd. Bijvoorbeeld "Polaroid" zonnebrillen werk van het blokkeren van gepolariseerd licht dat wordt gereflecteerd door glimmende oppervlakken zoals motorkappen of het oppervlak van water. Dit is mogelijk omdat licht dat vanuit horizontale vlakken in onze ogen wordt gereflecteerd, horizontaal gepolariseerd is en de zonnebrillen een structuur hebben zoals een piketomheining, zodat ze alleen verticaal gepolariseerde oscillaties laten, waardoor de horizontaal gepolariseerde heldere reflecties worden geblokkeerd. Gepolariseerd licht is het hart van moderne 3D-bioscoop- en LCD-computerschermen, smartphones en tablets.

Dus als gepolariseerd licht eigenlijk heel gewoon is buiten, in je huis en op kantoor - waarom heb je tot nu toe niets bijzonders gemerkt?

Haidinger's Brushes

Mensen ervaren gepolariseerd licht met behulp van "Haidinger's brushes", een subtiel visueel effect dat lijkt op een gele vlinderdas haaks op de polarisatiehoek. Mogelijk ziet u ook een blauwachtige vlinderdas haaks op de gele. Het effect ontstaat in het oog zelf en is geen beeld van een echt extern object, dus de penselen van Haidinger vervagen meestal binnen een paar seconden terwijl je brein ze uitwerkt. Dit is een van de redenen dat weinig mensen ze dagelijks opmerken en waarom ze eerder vrij moeilijk zijn geweest om te studeren.

Door LCD-schermen te gebruiken die constant het effect kunnen verfrissen, konden we de eerste metingen van de dynamiek van de penselen van Haidinger maken, wat de voorspelling bevestigt dat sommige personen de oriëntatie van de vlinderdas als "flip-flop" zouden zien als de polarisatie hoek wordt geroteerd.

Onze resultaten tonen aan dat uw hoornvlies een dramatische invloed kan hebben op hoe u gepolariseerd licht waarneemt. Omdat de optische eigenschappen van het hoornvlies variëren van persoon tot persoon, kan dit ook verklaren waarom mensen vaak hun ervaring melden van zien Haidinger borstels anders.

Om de penselen van Haidinger voor jezelf te bekijken, kijk je naar een leeg wit deel van een LCD-scherm op een computer, tablet of telefoon. Kantel je hoofd heen en weer en vage gele en blauwe strikjes, iets groter dan je duim, moeten zichtbaar worden. Met oefenen kun je ze dan in 90-graden in de blauwe delen van de hemel van de zon zien, vooral bij zonsopgang en zonsondergang.

Lichtkoepelpolarisatiepatronen, veroorzaakt door lichtverstrooiing in de atmosfeer, zijn zodanig dat de lange as van de gele vlinderdas ongeveer naar de zon zal wijzen.

Wat gebeurt er in de hersenen

In vorige studies LCD-schermen zijn gebruikt om de polarisatiegevoeligheid in waterorganismen te testen. Ons onderzoek testte de grenzen van de gevoeligheid van menselijke polarisatie en ontwikkelde speciale filters om het percentage gepolariseerd licht dat het oog bereikt te variëren van 0% tot 100%.

Dit was om de minimale percentagepolarisatie vast te stellen waarop Haidinger's borstels konden worden gedetecteerd. Onder 24-gebruikers was de gemiddelde drempel voor de polarisatiegevoeligheid 56%. Sommige mensen konden de penselen van Haidinger nog steeds zien wanneer het licht minder dan 25% gepolariseerd was - niet zo goed als inktvis maar nog steeds beter dan alle andere gewervelde dieren die tot nu toe zijn getest.

Het vermogen om de penselen van Haidinger te zien, wordt veroorzaakt door een circulair symmetrische ordening van carotenoïde pigmenten in de macula (een gebied dat het centrale deel van het netvlies bedekt en beschermt). Blauw licht dat evenwijdig aan deze pigmentmoleculen oscilleert, wordt sterk geabsorbeerd. Wit licht, dat blauw is, lijkt geel, wat het gele vlinderdaseffect verklaart. De blauwe delen van de borstels worden gedacht te worden gegenereerd door de hersenen als reactie op de onverwachte aanwezigheid van geel.

Is het mogelijk om onze polarisatiemachten voorgoed te gebruiken? Het risico van verwerven Leeftijdsgebonden maculaire degeneratie heeft eerder geassocieerd met lage carotenoïde pigmentdichtheid in de macula.

Aangezien AMD momenteel de belangrijkste oorzaak van blindheid in de ontwikkelde wereld is en een diagnostische indicator in een vroeg stadium hiervan vindt voordat daadwerkelijk verlies van gezichtsvermogen optreedt, is dit een prioriteit van onderzoek. Het is onze hoop dat polarisatiegevoeligheid kan worden gebruikt om eventuele veranderingen in de organisatie van de pigmenten in de vroege stadia van deze degeneratieve oogaandoening te onderzoeken en uiteindelijk te bewaken. Er is meer werk nodig om het medische potentieel van dit soort tests te beoordelen.

De penselen van Haidinger bieden ook een demonstratie van de fysica van licht en de anatomie van het menselijk oog. Door de polaroidlaag van een oud LCD-scherm af te halen, kunt u uw eigen vereenvoudigde versie van onze test maken; zwart en witte letters veranderen in contrasterende polarisatiehoeken zodra de polariserende film is verwijderd.

Een recent wetenschappelijk festival Ik probeerde mensen ertoe te brengen een "octopus-oogtest" te doen door de verborgen letters te lezen met alleen hun polarisatiegevoeligheid. Het ging stormen, behalve met een kleine jongen, die doodsbang was voor de begeleidende hoofdtooi van de octopus. Tijd om aan een minder intimiderend super-kostuum te werken.

Over de auteur

Juliette McGregor is onderzoeksmedewerker aan de Universiteit van Leicester. Haar onderzoeksinteresses zijn divers maar gaan uit van biologische beeldvorming, zowel in termen van de ontwikkeling van nieuwe beeldvormende technieken voor biologisch gebruik als benaderingen van beeldvorming in de natuur (visie!). Dit werk ligt heel erg op het raakvlak tussen natuurkunde en biologie.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees de originele artikel.