受限於視覺極限，人類基本無法靠肉眼在夜間行動自如。紅外夜視儀可以幫助賦予“超級視覺”，但這種需要佩戴的儀器有著諸多缺陷：通常比較笨重、需要靠有限的電池供電、可能被強光過曝、同可見光環境不兼容等。
日前，中國科學技術大學生命科學與醫學部薛天教授研究組與美國馬薩諸塞州州立大學醫學院（University of Massachusetts Medical School）韓綱教授研究組合作，結合視覺神經生物醫學與創新納米技術，首次實現動物裸眼紅外光感知和紅外圖像視覺能力。該研究成果已發表於國際頂級期刊《細胞》（Cell）上，並被《細胞》雜誌選為當期唯一科普視頻進行重點推廣。
成果發佈後，這項創新技術引發關注，並被網友稱為“夜視眼藥水”。現階段人類是否可以如此便捷地實現“超級視覺”？論文通訊作者之一、並列第一作者、中國科大生命科學與醫學部教授鮑進日前在接受澎湃新聞記者（www.thepaper.cn）採訪時表示，“目前還沒有打算用於人，如果未來需要用在人身上，我們希望能設計出非注射的方法。”
初衷：拓展視覺感受光譜
人類擁有複雜的視覺神經系統，視覺也是人類必不可少的感官形式。然而，人類的視覺系統只可探測到400納米-700納米之間的光，也就是可見光，只佔自然界中電磁波波譜裡很小的一部分。
電磁波和可見光波譜。
探測較長的波長，如人類最早發現的非可見光區域近紅外光（NIR），對哺乳動物來說是一個充滿誘惑但又極具挑戰的“超能力”。 紅外線（波長大於700納米）廣泛的存在於自然界中，對其的探測感知將幫助我們獲取超過可見光譜範圍的信息。
為此，人們發明了以光電轉換和光電倍增技術為基礎的紅外夜視儀，但是其有一系列缺陷，比如通常比較笨重、需要靠有限的電池供電、可能被強光過曝、同可見光環境不兼容等。截至目前，哺乳動物肉眼無法看到近紅外光，也無法將近紅外光圖像投射到大腦。
薛天、韓綱、鮑進等人結合材料科學和生物醫學，試圖讓哺乳動物擺脫夜視儀更“天然”地獲得“超級視覺”。
“上轉換”納米顆粒修飾技術及其在視網膜的功能實現。
論文顯示，研究團隊設計了一種可注射的、自供電的、內置的近紅外光納米天線，它可以將人類的視覺光譜擴展到近紅外範圍。這些視網膜光感受器結合“上轉換”納米顆粒(pbUCNPs)作為微型能量傳感器，可以在哺乳動物小鼠體內將不可見的近紅外光轉化變成短波長的可見光綠光。
鮑進對澎湃新聞表示，“我們最初的想法就是拓展視覺感受廣譜，在小鼠的眼底注射了一種含有‘上轉換’納米顆粒的液體，這種納米顆粒可以將紅外光轉成可見光，使視網膜裡的感光細胞可以對此響應。”研究團隊還對納米顆粒進行了修飾，使納米顆粒可以牢牢固定在小鼠視網膜光感受器細胞的表面。
值得注意的是，首先需要關注的是這種材料是否安全？鮑進表示，“我們檢驗了小鼠注射後的生物相容性，結果顯示相容性很好，副作用很微小，並且在注射後一週之內消失。並且，這個副作用並不是來源於納米顆粒，而是注射本身帶來的。”生物相容性指生命體組織對非活性材料產生反應的一種性能，一般是指材料與宿主之間的相容性。
論文顯示，光感受器細胞被近紅外光激活後產生的信號可以通過視神經傳遞到小鼠大腦視覺皮質，這些納米顆粒可以在小鼠眼中停留2個月以上，不產生任何明顯的副作用。
巧妙設計實驗讓小鼠“告訴”所見
然而，小鼠並不能告訴科學家它們看到了什麼。
“從單細胞記錄感光細胞的光電流，到動物行為學的瞳孔光反射、明暗箱、水迷宮等。”鮑進提到，這些巧妙的實驗幫助研究團隊驗證了小鼠眼睛具備的特異功能。
從不同水平證明注射小鼠獲得紅外圖像視覺。
所謂的瞳孔光反射實驗，即用近紅外光照射已注射納米顆粒和未注射納米顆粒小鼠的眼睛，已注射小鼠的瞳孔產生收縮，而未注射小鼠的瞳孔未產生任何變化。
明暗箱。
接著，在“明暗箱”實驗中，研究團隊設計了一個聯通隔間的箱子，一個隔間是完全黑的，另一個隔間用近紅外光照亮。通常情況下，小鼠由於是夜間動物喜歡待在黑暗中。研究團隊發現，已注射小鼠在完全黑暗中停留的時間更長，很少在有紅外觀的隔間裡駐留。而未注射小鼠在兩個隔間中停留的時間基本相同、來回穿梭。
上述兩個實驗證明，小鼠確實可以感受到近紅外光。
但研究團隊想讓小鼠更清晰地“表達”出它們感受近紅外光的能力，是否可以分辨近紅外光圖像？
Y形水迷宮。
研究團隊進一步設了一個Y形水迷宮，以此來測試小鼠的圖像識別能力。水迷宮的一端被分隔成兩個通道，一個平臺隱藏在其中一個通道末端，小鼠不願意待在水中，而平臺可以幫助小鼠從水平出來。
研究團隊用不同的近紅外光圖像來訓練小鼠，他們隨機把水平和豎直光柵圖像照射到通道兩端，而隱藏的平臺僅在豎直光柵圖像一端。
幾次嘗試後，已注射小鼠很快發現了豎直光柵圖像和隱藏平臺之間的關係。之後每次小鼠被放入水中，它們會迅速向豎直光柵圖像游去，而未注射小鼠看不到近紅外光圖像，它們只能隨機地在迷宮中游來游去，憑運氣找到救命平臺。
研究團隊把豎直-水平光柵圖像換成三角-圓圈等其他圖像，他們得到相同的結果。
這一實驗證明，已注射小鼠可以辨別出近紅外光圖像。
另外，研究團隊還證實，這些納米顆粒不會影響已注射小鼠的正常可見光視覺。也就是說，小鼠可以同時看見可見光和近紅外光。
值得一提的是，理論上來說，不僅紅外光，這種技術適用更廣的廣譜。“只要改造納米顆粒的吸收和發射光譜。”鮑進透露，目前，研究團隊目前還在提高納米顆粒對近紅外光的敏感度，除此之外，也在嘗試其它的光譜。
不過，對於這項會賦予“超常視覺”的技術，外界最期許的是人類是否適用。“目前還沒有打算用於人，如果未來需要用在人身上，我們希望能設計出非注射的方法。”鮑進表示。
不僅賦予超常視覺，該技術未來或最先用來嘗試修復色盲等視覺缺陷。研究團隊認為，結合材料科學和生物醫學，這項技術有著廣闊的應用前景。
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