Cela ressemble un peu à un film de science-fiction à la X-Men : des chercheurs ont réussi à rendre le spectre infrarouge visible par des souris, qui comme les humains sont normalement incapables de percevoir ces longueurs d'ondelongueurs d'onde. Le spectrespectre des longueurs d'onde visible s'étend en effet de 380 à 740 nanomètresnanomètres. L'infrarougeinfrarouge (IR), dont la longueur d'onde est comprise entre 750 nm et 0,1 mm environ, est notamment connu pour permettre la vision nocturnenocturne, car les ondes infrarouges émises par les objets chauds (comme un corps humain ou un moteur de voiturevoiture) émettent naturellement un rayonnement dans cette gamme de longueurs d'onde. C'est ce rayonnement IR qui est utilisé par les lunettes de vision nocturne qui le convertissent en lumièrelumière visible selon son intensité.

Des nanoparticules qui se fixent aux cellules photoréceptrices

C'est un peu le même principe qu'ont appliqué les chercheurs, issus de l'université des Sciences et Technologies de Hefei (Chine) et de la Medical School de l'université du Massachusetts (États-Unis). Dans leur expérience, publiée dans le journal Cell le 28 février 2019, ils ont utilisé des nanoparticulesnanoparticules dites « à conversion ascendante » qui convertissent les photonsphotons IR en photons dans le spectre visible. Les scientifiques ont injecté ces nanoparticules dans les yeux de souris, qui sont alors venues se fixer aux cellules photoréceptrices de l'œil. Ces bâtonnets et cônes absorbent normalement uniquement la lumière visible que le cerveau interprète pour donner la vue.

Les nanoparticules (en blanc) se fixent aux bâtonnets (en violet) et aux cônes (en rouge) pour jouer le rôle de « traducteur » de la lumière IR et lumière visible. © Yuqian Ma et al, Cell, 2019

Grâce aux nanoparticules, qui « traduisent » la lumière de l'ordre de 980 nm en longueur d'onde plus courte (535 nm, soit la longueur d'onde du vert), les souris ont pu acquérir une vision infrarouge tout en conservant leur vision du spectre habituel. Les nanoparticules sont restées fixées près de 10 semaines avec un minimum d'effets secondaires (la cornée est restée un peu trouble au départ mais cela s'est rapidement dissipé). Lors de l'expérience, la souris a ainsi pu reconnaître différentes formes éclairées par la lumière IR et invisibles par l'œil humain, comme un triangle ou un cercle. Les chercheurs ont également vérifié que les pupilles se contractaient et que le système nerveux de la rétine et du cortex visuel était bien activé.

Se doter d’une vision nocturne et soigner des défauts visuels

Étant donné la similitude entre les systèmes de visions de la souris et de l'homme, « cela pourrait très probablement fonctionner chez l'humain », assure Xue Tian, un des auteurs de l'étude. Néanmoins, il n'est pas certain que le cerveau puisse correctement interpréter ces nouveaux signaux. De plus, si les nanoparticules ne semblent pas avoir d'effet indésirable dans l'immédiat, des injections répétées (l'effet étant transitoire) pourraient peut-être s'avérer néfastes pour les yeux à long terme. Les chercheurs travaillent d'ailleurs à l'élaboration de nanoparticules organiques plus compatibles avec la physiologie de l'œil humain.

Il n'empêche que le champ d'applicationsapplications fait rêver. On pense naturellement aux domaines militaires ou de la sécurité, afin de doter les intervenants d'une vision nocturne temporaire. Mais ces nanoparticules pourraient aussi restaurer des défauts visuels, en modifiant ou en intensifiant certaines couleurscouleurs. Il serait aussi possible d'améliorer la perception des couleurs chez les personnes souffrant de dégénérescence maculairedégénérescence maculaire, une des principales causes de perte de vision liée à l'âge. La souris, elle, en profitera sans doute pour mieux échapper aux chats.

L'œil humain peut voir dans l’infrarouge

Article de Marie-Céline RayMarie-Céline Ray publié le 05/12/2014

Les ultravioletsultraviolets 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.

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 bâtonnetsbâtonnets, les cellules photosensibles de la rétine. Au cours de ce processus, les particules lumineuses, ou photons, activent les pigments photosensibles, comme la rhodopsinerhodopsine 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 laserslasers 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 duréedurée 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'énergieénergie 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.