实验过程图示：当红外光到达感光细胞时，纳米颗粒将光转化为可见的绿光
科学家们将纳米颗粒注射到小鼠的眼睛里，让小鼠能够看到近红外光——这是啮齿动物（或人类）通常看不见的波长。此项成果意义非凡，如果类似的技术也可以用于人类，那么未来的成果将更加非凡。
多年来，科学家在小鼠身上完成的所有卓有成效的研究中，最近发表在科学杂志《细胞》上的这项最新研究结果最具有科幻性。
由中国科学技术大学的薛天和马萨诸塞州州立大学医学院韩纲共同领导的研究组，修改了小鼠的视觉范围,这样它们既能够看到近红外光，又可以看到正常的光线。研究者们在小鼠的眼睛中注入了特殊的纳米颗粒，效果持续大约十周，并没有出现任何严重的副作用。
一系列实验表明，小鼠确实看到了红外线，而不是其他刺激物。研究人员说，人类的眼睛和小鼠的眼睛并没有太大的差异，将类似的技术应用到人类身上的前景非常美好。
与小鼠一样，人类视觉接触到的电磁波波谱也有限。人类看不见的波长范围非常广，因此看不到所谓的可见光谱（波长在380~740纳米之间）以外的任何东西。红外辐射在光谱中以较长的波长存在，范围从大约800纳米~1毫米不等。
世界上的物体，无论是人，还是一碗滚烫的汤，或者是看起来像冰块一样冷的东西，在释放热量的同时会发出红外辐射。像人类和小鼠这样的哺乳动物看不见近红外线，但我们有夜视仪或热视镜技术，可以把原本看不见的光谱转换成我们能看到的形式。用在小鼠身上的新技术就是做了类似的工作，但科学家们并没有依赖可穿戴技术，而是直接进入这一技术的生物学领域。
为了让小鼠看到超出正常视觉范围的东西，薛天和韩纲开发了一种特殊的“上转换”纳米颗粒，能够在小鼠的眼部结构中发挥作用。含有这种微小颗粒的液滴被直接注射到小鼠的眼睛里，在那里，他们依靠特殊的锚，紧紧地贴附在感光细胞上。感光细胞——视杆细胞和视锥细胞——通常吸收可见光的波长，大脑将其解释为视觉。然而，在实验中，新注入的纳米粒子将进入的近红外向上转换为可见波长，小鼠的大脑随即能够将其作为视觉信息进行处理(在这种情况下，它们看到的近红外是绿光)。这些纳米粒子附着了近两个月，使得小鼠在几乎没有副作用的情况下同时看到近红外和可见光。
从本质上讲，感光细胞上的纳米颗粒充当了红外线的传感器或转换器。较长的红外波长被纳米粒子捕获到视网膜中，然后在可见光范围内以较短的波长进行传输。视杆细胞和视锥细胞用来吸收较短的波长，因此它们能够接受这种信号，然后将这种上转换的信息发送到视觉皮层进行处理。具体地说，注入小鼠的粒子吸收了波长约为980纳米的近红外线，并将其转换为波长为535纳米的光。对小鼠来说，这意味着它们看到的红外光是绿色的。研究结果与使用夜视仪观察近红外线类似，只是小鼠也还能保持正常的可见光能力。如上所述，这种效果是暂时的，持续了几周，一些小鼠的眼角膜混浊，但很快就好了。
为了证明这种方法确实有效，薛天和韩纲进行了一系列的测试和实验。
例如，被注射纳米颗粒的小鼠的瞳孔在近红外辐射下会变大，而没有接受注射的小鼠则不会。当完全暴露在近红外辐射下时，受试小鼠的大脑电活动测量结果显示，它们的眼睛和视觉皮层的功能与它们在可见光下一样。
行为测试也显示出该方法的有效性。放置在y形水迷宫中的小鼠被教会识别一个隐藏的平台的位置来寻求庇护，该平台由一个霓虹灯显示。在实验中，注射颗粒的小鼠始终处于平台的位置，而没有接受注射的小鼠则在迷宫中随机游动。另一项测试中有一个含两个隔间的盒子：一个完全黑暗，不透任何光线，另一个用近红外照射。小鼠是夜行动物，喜欢在黑暗里行动。实验中，接受注射的小鼠在黑暗隔间里待的时间更长，而未接受注射的小鼠则并未表现出任何偏好。
圣路易斯华盛顿大学眼科和视觉科学教授弗拉基米尔·凯法洛夫（Vladimir J.Kefalov）没有参与此项新研究。他对Gizmodo说:“毫无疑问，这些大量的实验表明，注射了红外线感光纳米颗粒的小鼠获得了探测红外光并从中获得视觉信息的能力。”
在一份新闻稿中，薛天说道，纳米粒子附着在视杆细胞和视锥细胞上，并被近红外光激活，因此“我们相信这项技术未来也可以适用于人类的眼睛，不仅能产生超视觉，还能治疗人类的红色视觉缺陷。”
在接受《细胞》杂志采访时，他进一步说明：与小鼠不同，人类和其他灵长类动物的视网膜中有一个叫作中央凹的结构，主要用于调节高度敏锐的中央视觉。在人类的中央凹中，锥状细胞的密度远高于视杆细胞；而在小鼠的视网膜中，视杆细胞的数量占主导地位。由于锥状细胞对光的光谱和强度敏感性与视杆细胞不同，我们可能需要微调上转换纳米颗粒的放射光谱，从而更有效地激活人类特定类型的视锥细胞。
正如薛天所说，这种治疗方法必须经过修改才能使用于人类的眼睛，但新的实验表明，这还是有可能的。凯法洛夫说，在人类身上应用类似概念的潜力真实而又令人兴奋，但他也特别提醒，研究道路依旧漫长。
“论文作者证明，单次注射纳米颗粒对小鼠视网膜没有长期的不良影响，”凯法洛夫说,“然而，在人类身上实现红外线视觉是否需要重复注射，这一点尚不清楚。如果需要，这种慢性治疗是否会对我们眼睛的结构和功能产生长期的不利影响。”
获得看到红外光的能力似乎就像是科幻小说和超越人类幻想的东西，但这无疑是一个有用的特征。我们将能够看到人类正常视觉范围之外的各种东西，而且我们可以有效地具备内置夜视功能。
正如薛天向《细胞》杂志所做的解释：人类一直在努力研发新技术，从而拥有超越自然能力的能力。人类自然视觉所能感知到的可见光只占电磁波波谱的很小一部分。比可见光长或短的电磁波携带更多的信息……根据材料的不同，一个物体也可以有独特的近红外辐射吸收和反射。我们无法用肉眼探测到这些信息。
特殊的纳米颗粒附着在小鼠感光细胞的视杆细胞（左）和视锥细胞（右）上
关于这种潜在的增强功能，另一件很酷的事情是，它不需要让人戴上笨重的高能耗设备，比如前面提到的夜视仪。它也不需要任何基因操作。军方很可能会对这项工作非常感兴趣。
悉尼科技大学数学与物理学院的金大勇称这项新工作“非常具有创新性和启发性”。金大勇本人没有参与这项研究，就他所知，“这项工作是第一次展示可植入和‘可穿戴’的光学纳米设备。”他说，重要的是在小鼠身上没有观察到炎症或细胞死亡的情况，但也有可能是一些细胞吸收了纳米颗粒，这一前景“值得再进行更仔细的研究”。
同样，凯法洛夫对此项研究赞不绝口，他说：“作者们真是太棒了，他们找到了注射红外线感光的纳米颗粒对小鼠视觉功能影响的特征。”他又补充说，这个“开创性的工作展示了一个巧妙又强大的方法，提高视觉系统检测超出自然可见范围的光的能力。”他认为，纳米粒子在可见光下似乎没有干扰光感受器的正常功能，这“令人惊讶”。
但至于这项技术是否可以用于矫正受损视力，如色盲，目前还不太清楚。
凯法洛夫告诉Gizmodo：“由于这种方法依赖于光受体的天生能力去检测和放大光信号，使用这种方法来克服受损的光受体功能，将需要开发更多的步骤，使其能够检测可见光范围之外的光。”
展望未来，薛天和韩纲希望通过使用美国食品药品管理局批准的化合物组成的有机纳米颗粒来改进这项技术，从而使红外视觉更加清晰。他们还想对这项技术进行微调，使其更符合人类生物学。薛天和韩纲对这项技术的发展前景感到乐观，他们已经申请了一项与其研究工作相关的专利。
我已经能想象出电视上的广告词：“问问你的医生，近红外视力是否适合你。”
资料来源gizmodo.com
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本文作者乔治·德沃尔斯基（George Dvorsky）是Gizmodo网站高级记者