Látásunk titkait, a fények hatásait és űrszondák kameráit is vizsgálják

Gondolta volna, hogy a látásunk befolyásolja az ízérzékelésünket? Hogy a fények hatnak a hormonháztartásunkra, a színek a teljesítményünkre? Az ezekkel a témákkal foglalkozó kutatásokat és az Európai Űrügynökség (ESA) Hera űrszondája kameráinak vizsgálatát egy helyen, a BME Gépészmérnöki Kar Mechatronika, Optika és Gépészeti Informatika Tanszékének optomechatronika laboratóriumaiban végzik.

A csoport eddigi eredményeit és a most folyó kutatásokat a laboratórium vezetője, Nagy Balázs Vince és Urbin Ágnes adjunktus mutatta be a bme.hu-nak. „Nagy elődeink, Ábrahám György és Wenzel Gottfriedné Gerőfy Klára munkáját folytatjuk, akik már az 1980-as években az emberi színlátás vizsgálatával, a színtévesztés spektrális optikai vizsgálatával foglalkoztak. A kutatócsoportban heten vagyunk, de szerencsére sok hallgatónk dolgozott és dolgozik velünk azért, hogy az orvosoknak új eszközök álljanak rendelkezésre a látás különböző betegségeinek vizsgálatára, és tovább javuljon a látásproblémák kezelésének lehetősége.

Mi az emberi látást és érzékelést kutatjuk, ami túlmutat az emberi szem funkcióján, hiszen a szemünk csupán a bemenő fényingerek retinális interpretációját és neurális előfeldolgozását végzi. A színeket így nem is látjuk közvetlenül, hanem az agyban dolgozzuk fel, azaz érzékeljük.

Ennek a folyamatnak a megismerése sokkal nehezebb, orvosokkal, hazai és külföldi partnerekkel együttműködve erre fejlesztünk műszereket, dolgoztunk ki teszteket”- mondta Nagy Balázs Vince.

Melyek most a fő kutatási témáik?

Urbin Ágnes: Az egyik kutatási irányunk az érzékszervi vizsgálatok elváráshibáinak kiküszöbölése. Amikor például egy tesztalanynak fehér fényben el kell döntenie, két csokoládé közül melyik a keserűbb, azaz a több kakaót tartalmazó, már a kóstolás előtt a sötétebb színűre szavaz korábbi tapasztalatai alapján. Az érzékszervi vizsgálatoknál ezt nevezik elváráshibának.

A látásunk befolyásolja az ízlelésünket?

Ennek a hibának a megszüntetésére két hangolható fénykabint is fejlesztettünk, egy 5 és egy 22 csatornásat. Ezekben olyan speciális maszkoló fényeket tervezünk és keverünk ki, amelyek segítségével az alany egyforma színűnek látja például a két csokoládét. Egy objektív vizsgálatnál, amikor az a kérdés, hogy mennyi kakaó kell a csokoládéba ahhoz, hogy már étcsokoládénak érezzük, a pontos ízérzékelés fontos feltétel, amit mi ezzel a kevert, termékspecifikus fénykörnyezettel tudunk elérni. Nem csak csokoládékkal foglalkozunk, teákat és legutóbb olívaolajokat is vizsgáltunk már.

Azt gondolhatnánk, hogy az lenne a legegyszerűbb, ha bekötnénk a tesztelő szemét, azonban ez a megoldás nem működik. Ha valamelyik érzékszervünket kiiktatjuk, a hiánya az összes többire olyan hatással van, hogy értékelhetetlenné teszi az eredményt.

Ezért azt kell megoldanunk, hogy az agyunk egyformának lássa a vizsgált termékek színét.

Nagy Balázs Vince: Ezeket az élelmiszeripari kutatásokat a Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem (MATE) Érzékszervi Minősítő Laboratóriumának kutatóival közösen végezzük. Ők az élelmiszeripari, mi a spektrális, mérnöki optikai szaktudást tesszük hozzá.

UÁ: A 22 csatornás kabin már úgy készült, hogy az érzékszervi vizsgáló laboratóriumok követelményeinek is megfelel, valamint UV-csatornákat is használunk benne, így szabványos napfényszimulátorként is működtethetjük.

NBV: A mi szimulált napfényünk nemcsak korrelált színhőmérsékletre, de hullámhossz szerinti eloszlásban is jó közelítése az eredetinek. Ez fontos, mert a napfényszimulátorok közül ezt csak kevés tudja megvalósítani. Az általános mesterséges világítás egyébként alig 200 éves múltra tekint vissza, ez pedig az emberi evolúció mintegy 15 ezer éves folyamatához képest elenyésző időtáv, ez idő alatt nem alkalmazkodtunk még ahhoz, hogy éjszaka is tevékenykedjünk. A kék fény például bizonyíthatóan befolyásolja éjszaka a hormonháztartásunkat. Nem véletlenül terjedtek el a kékfényszűrők, a mobiltelefonokon, monitorokon és tévéken. Orvosokkal, biológusokkal közösen ezzel is foglalkoztunk.

UÁ: A világítástechnikai témákban több kutatni való is van, például az, hogy a különböző fényviszonyok hogyan befolyásolják hétköznapi tevékenységeinket, milyen hatásuk van egy adott feladat elvégzésére, ez hogyan hat a teljesítményre és más élettani folyamatokra. Már nagyon sokféle fényforrást beszerezhetünk otthonra is, ezért nem árt, ha tisztában vagyunk azzal, hogyan hatnak ránk a különböző tulajdonságú fények.

Nem orvosi felhasználású kutatásokat is folytatnak?

NBV: Az Európai Űrügynökség (ESA) bolygóvédelmi (space safety) programjának részeként október 7-én elindult az űrbe a Hera műhold. Célja a Didymos nevű kettős aszteroida vizsgálata – beleértve a belső tulajdonságai első felmérését –, valamint a NASA DART misszió kinetikus impaktor teszteredményének részletes mérése. A hat optikai kameráját a mi tanszékünk kutatói (Kovács Gábor és Nagy Balázs Vince - a szerk.) kalibrálták, és mi végezzük majd el a szondáról érkező képek kalibrációját is, annak érdekében, hogy az elemzéseket végző tudósok pontos alapanyagból dolgozhassanak.

Emellett egy mezőgazdasági konzorciumban most futó projektünk keretében az emberi szemnél a hullámhossz-különbségeket sokkal részletesebben kiemelő képet készítő drónkamerával dolgozunk. Ez egy úgynevezett hiperspektrális kamera, amely 164 hullámhosszcsatornán érzékel és abból állítja össze a látott képet, míg az emberi szem három, bár spektrálisan jóval szélesebb csatornán működik. Ezen felvételek alapján olyan faktorokat tudunk meghatározni, amelyek az adott vegetációnak a különböző paramétereit írják le: szárazságot, növénybetegséget, a permetezés hatékonyságát és az éghajlatváltozás hatását. Hasonló képek elkészítésére a korábbi megoldás az volt, hogy a kamera egy monokromátorral szkennelt, azaz egyszerre egy képvonalat rögzített, végigpásztázva a teljes képet. A mi kameránkban egy nagy felbontású alapdetektor van, amely felosztja a képet 164 csatornára és egy kattintásra fotózza a teljes látványt. A térbeli felbontáscsökkenést egy párhuzamos optikai tengelyre kalibrált kiegészítő kamerával kompenzáljuk.

A látásérzékelés, gondolom, olyan téma, amiben szemészekkel, orvosokkal működnek együtt. Milyen közös projektjeik vannak ezen a téren?

NBV: Igen, orvosokkal, látáskutatókkal dolgozunk együtt azon, hogyan lehet klinikai módon megközelíteni a szembetegségeket: megmérni, feldolgozni azokat az agyi jeleket, amelyek a különböző fények hatására keletkeznek. A gyorsabb fejlesztés és a széleskörű felhasználhatóság miatt most előtérbe kerültek a számítógépeken, mobilképernyőkön futtatható különböző tesztfejlesztések. Mi részben ezeknek a kalibrálásával, orvosilag felhasználhatóvá tételének megoldásaival foglalkozunk. Készítettünk már 3D-látástesztet, tompalátók számára 3D-színlátástesztet is. Mobiltelefonra is fejlesztettünk applikációkat a látásélesség és a kontrasztérzékenység vizsgálatára, de ezek a telefon technikai paraméterei miatt csak előszűrésre használhatók. Vannak olyan speciális számítógépes alkalmazások, amelyekkel a színtévesztőket tudjuk vizsgálni, illetve a kontrasztlátást tudjuk elemezni, ezeknek a programozásában is részt veszünk. Érdekes terület annak a kutatása, hogyan tudjuk a gépi látással leutánozni az emberi látást. Korábban a mi laboratóriumunkban fejlesztettünk egy, az anyajegyek képéből a rosszindulatú elváltozások kiszűrésére alkalmas kamerát is. A Semmelweis Egyetemmel és nemzetközi partnerekkel a látás agyi, illetve retinális jeleinek feldolgozásával kapcsolatos kutatásokat folytatunk.

Személy szerint sokat foglalkozom a vizuális elektrofiziológia stimulációs oldalával is, ahol megtervezzük, hogy milyen fények, milyen frekvenciával és intenzitással érjék a pácienst, majd megfigyeljük, hogy az adott színösszetételű jelre, a bemenő fényre milyen válaszjelek jönnek a retináról és milyenek az agykéregből. Ezzel a módszerrel meghatározhatók sokféle betegség úgynevezett biomarkerei. A velünk dolgozó orvosok értik az anatómiát, mi elsősorban a stimulációs műszerek kidolgozását és az adatok analízisét végezzük újfajta matematikai megközelítésekkel. Az eddigi eredmények azt mutatják, hogy bizonyos betegségek már a korai fázisban felismerhetők, és a kezelést is lehet monitorozni. Az emberi látás nagyon finom és energiaigényes folyamat, de nemcsak látással kapcsolatos betegségekről mutathatók ki ilyen változások, hanem a cukorbetegség, vagy az alvászavar esetén is.

Kik hasznosítják ezeket az eredményeket?

Elsősorban a kutatóorvosok, de egy részüket már klinikákon is alkalmazzák. A retina tulajdonképpen agyszövet, annyira bonyolult szerkezet, hogy a mai napig nem ismerjük pontosan, mert olyan neurális hálózatok vannak benne, amiket bonyolult matematikailag leírni. Sőt, egyénenként eltérő lehet, és olyan összeköttetések, visszacsatolások vannak benne, amiket még nem tudunk tökéletesen lekövetni - azaz van még kutatnivaló a látásunkkal kapcsolatban.

KJ