零距離科學:人類「新視力」

零距離科學:人類「新視力」
科技發展讓後天全失明的受試者重新看到周圍的環境,雖然影像還不是很清晰,已能改變整個家庭的生活。
我們想讓你知道的是

對因各種原因失去視力的人,或是需要超過常人視力的人來說,科技正在改寫人類所能「看見」的未來。 

文:馬學綸(香港中文大學微生物學系博士)
圖:香港電台

我們之所以能看見周圍的事物,需要很多因素配合,從眼睛接收到物件發出或反射的光線,到腦部處理數據產生「看見」的感知,環環相扣,缺一不可。然而,對因各種原因失去視力的人,或是需要超過常人視力的人來說,科技正在改寫人類所能「看見」的未來。

關於「可見光 」——真正意義的「擴闊眼界」

我們能看見的「可見光」,屬於電磁頻譜(electromagnetic spectrum) 的一部份,不同頻率的電磁波攜帶不同強度的能量,頻率越高,能量越多;能量較高的電磁波包括X光、紫外線等,能量較低的包括紅外線、無線電波等。「可見光」在頻譜裡正好夾在紫外線和紅外線之間,能量比紫外線低,比紅外線高。

在我們周圍的環境其實充滿著電磁波,只是我們都「看不見」它們,原因是我們眼睛裡的視網膜上,感光細胞只有視桿細胞和三種視錐細胞,視桿細胞能對微弱的光線有反應,而那三種視錐細胞分別只對三段波長的電磁波有反應,就是我們見到的「紅色」、「綠色」和「藍色」了。

世界上有部份人有第四種視錐細胞,稱為四色視覺(tetrachromacy),能對「紅色」和「綠色」中間的電磁波產生反應,使他們(多為女性)能比一般人「看見」更多顏色,能分辨更微細的顏色改變,就像音樂上的絕對音感(perfect pitch),有四色視覺的人有的是「絕對色感」。科學家已找到產生四色視覺的基因變異,也許人類在未來可以自由將這能力「解鎖」。

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擁有四色視覺的人,比一般人天生多了一種視錐細胞,使他們能更仔細分辨不同顏色的變化。
關於「夜視」——用紅外線建構的擴增實境

每種生物都會就牠們的生存需要,演化出對各種電磁波頻率的「反應」,例如花朵與蜜蜂,蜜蜂能「看見」紫外線,而不少靠蜜蜂傳花粉的花的花瓣上,長有能反射紫外線的圖案,形成人類看不見的蜜源標記(nectar guide)。而紅外線其實是一種熱源,雖然我們看不見,但可以感知溫度升高了,不少動物如蛇、吸血的蝙蝠等,都是靠這種「夜視能力」來屬找獵物。

人類沒有這種天生的「夜視能力」,反正到了晚上,人類有很多人工光源可用,然而 ,對消防員來說,在幾近漆黑的火場裡能分辨熱源(火或被困的人)非常重要,所以,已有科學家研發出能安裝在頭盔上的鏡頭及擴增實境(augmented reality)裝置,使消防員可以在原有的視野上同時顯性溫度的影像,相信將來會成為消防員的常規裝備。

關於「視網膜」——重新「開啟」視神經公路

對出生時有正常視力,卻因意外或疾病失去視力的人來說,視網膜上的感光細胞和神經早已萎縮,但由於「硬件」還在,還是有「重啟」這些「神經線公路」的可能。

有科學家把一顆顆電極,以長方形排列貼在視網膜上,電極另一邊連接上電腦,電腦會把拍攝到的影像轉換成「低像素」版本,以通電與否的方式把影像傳到視網膜,經過激活和調整,受試者就能看見鏡頭拍到的影像。雖然這種裝置還在研究階段,但對受試者來說,由「無」到「有」,即使只是簡單的光暗輪廓,已能大大改善心理和生活質素,對家人的影響也十分正面。

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由於電極只能以「1」和「0」的方式,開關電極來顯示影像,受試者需要學習如何把簡單的圖案和周圍的環境連繫。

這種技術還有另一個版本,是給全失明的人使用的,這裡的電極裝在一條像雪條棒的裝置上,給受試者直接含著,電極貼在舌頭上,電流刺激味蕾,在舌頭上形成鏡頭看到的「低像素」影像,只需短時間訓練,加上導盲犬協助,受試者就能放心去探索新環境。

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受試者戴上裝有鏡頭的眼鏡,把裝有電極的裝置放在舌頭上,就能大概分辨周圍的境物。
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鏡頭拍攝到的影像,會轉化成「低像素」版本,傳到以6×10長方形方式排列的電極組,以刺激味蕾來顯示圖案。

在以上的裝置還未能廣泛使用之前,有科技公司發展了「以人代眼」的系統,隨著互聯網傳送資料的速度越來越快,幾乎實時的影像和語音交流已是常事,視障使用者只要在頭上戴上鏡頭,打電話給助理,助理就能透過電話給視障人士描述周圍環境和回答問題。即使是簡單的問題,如「我面前的是甚麼號碼的巴士?」,對視障人士來說已經方便了很多,特別是對不願意到處找人問問題的使用者來說,能提升獨自外出的自信。(要把畫面以口語描述給視障人士知道,是一科專門學問,大家有興趣可上網搜尋「口述影像」。)

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隨著網絡速度越來越快,視障人士能實時與網上助理構通,讓助理向他們描述周圍的環境和解答問題。

今集《零距離科學》,會為大家介紹提升人類視力的科學方法,各種讓視障人士「重啟」視力的科技,和科研人員與受試者對未來發展的期許。無論科技將來會向哪些方向發展,「以人為本」,才是應有的方向。

《零距離科學》(節目網站)集合世界各地有趣的科學紀錄片,網羅與大眾息息相關的科學資訊,啟發觀眾的好奇心和求知慾,節目逢星期五晚9時30分在港台電視31及31A播映。本集於5月1日播出。港台網站及流動程式RTHK Screen視像直播及提供節目重溫。

責任編輯︰Alvin
核稿編輯︰Kayue