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L'œil humain peut voir dans l’infrarouge

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Les ultraviolets et les infrarouges ne font pas partie de la lumière visible et ne devraient donc pas être perçus par un œil humain. Pourtant, une équipe internationale de chercheurs a montré que la rétine peut être sensible au rayonnement infrarouge dans certaines conditions.

L’œil détecte la lumière dont les longueurs d’onde sont dans le spectre visuel. Les autres longueurs d’onde, comme les infrarouges et les ultraviolets, sont censées être invisibles à l’œil humain. © Sara Dickherber

On considère généralement que le spectre de la lumière visible s'étend des longueurs d'onde allant de 400 nm (violet) à 700 nm (rouge). La vision de ces longueurs d'onde repose sur l'activation des pigments visuels présents dans les cônes et les bâtonnets, les cellules photosensibles de la rétine. Au cours de ce processus, les particules lumineuses, ou photons, activent les pigments photosensibles, comme la rhodopsine des bâtonnets. Mais voilà qu'une nouvelle étude parue dans Pnas bouleverse ces connaissances en montrant que dans certaines conditions, l'œil pourrait détecter une lumière dans le proche infrarouge, au-delà de 900 nm.

La recherche est partie de l'observation faite par des scientifiques auxquels il arrivait de voir des flashes de lumière lorsqu'ils travaillaient avec des lasers infrarouges. Ils ont donc voulu en savoir plus sur ce phénomène, comme Frans Vinberg, un des auteurs de l'article : « ils étaient capables de voir la lumière laser qui était en dehors du champ normal visible et nous voulions vraiment comprendre comment ils pouvaient être sensibles à de la lumière censée être invisible ».

Les chercheurs ont donc utilisé des cellules de rétines de souris et d'Homme ainsi que des lasers puissants qui émettaient des impulsions dans l'infrarouge. Ils ont testé les cellules en faisant varier la durée des impulsions. Et là, surprise : ils ont constaté que la lumière pouvait être perçue lorsque deux photons émis dans l'infrarouge étaient très rapprochés.

Frans Vinberg (à gauche) et Vladimir J. Kefalov, devant un outil qu’ils ont développé pour détecter la réponse à la lumière de cellules rétiniennes. © Robert Boston

Nos yeux voient dans l’infrarouge... s'il y a deux photons

Normalement, un photon est absorbé par un pigment. Mais dans le cadre d'une lumière laser pulsée avec des impulsions rapides, deux photons très rapprochés peuvent être absorbés par un seul pigment photosensible. L'énergie combinée de la paire de photons est alors suffisante pour activer le pigment et permettre à l'œil de voir ce qui est normalement considéré comme invisible, comme l'explique Vladimir Kefalov, qui a participé à ces travaux : « si un pigment de la rétine est percuté par une paire de photons qui se succèdent rapidement, à une longueur d'onde de 1.000 nm, ces particules lumineuses fourniront la même quantité d'énergie qu'un seul coup de photon à 500 nm, ce qui est bien dans le spectre visible. C'est ainsi qu'on peut le voir ».

Cette découverte pourrait trouver des applications. La microscopie à 2 photons utilise déjà ce principe et a pour avantage de pénétrer profondément dans les tissus. Les chercheurs travaillent aussi sur des moyens d'utiliser l'approche à 2 photons dans un nouveau type d'ophtalmoscope, un instrument permettant aux médecins d'examiner l'intérieur de l'œil. L'idée est de l'éclairer par une lumière infrarouge pulsée, ce qui permettrait aux médecins de stimuler des parties de la rétine et d'explorer la structure et le fonctionnement des yeux des patients.

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