Kunnen mensen een enkel lichtdeeltje waarnemen? (En wat zegt dat over de werking van ons brein?)
In de hoop iets te leren over het menselijke brein, maken Leidse onderzoekers een opstelling om enkele fotonen, lichtdeeltjes, in iemands oog te schieten. ‘Het oog is een doorgang naar de hersenen.’
Een neurowetenschapper die het brein wil begrijpen en een natuurkundige met veel kennis over licht. Niet de meest vanzelfsprekende samenwerking en het lab waar het onderzoek uitgevoerd wordt is al net zo onverwachts. De volledig donkere ruimte is op twee wietkweektenten na vrijwel leeg. Zulke tenten houden warmte en licht binnen - of buiten in dit geval. Elke kier en sleutelgat waar licht door zou kunnen komen is afgeplakt.
’Ik vind het vooral leuk om simpelweg te begrijpen wat er gebeurt.’
Hoe zwak is het licht van één foton dan? ‘Stel je een donkere nacht voor met maar één ster’, begint Tom van der Reep, postdoc in Wolfgang Löfflers onderzoeksgroep (Leids Instituut voor Onderzoek in de Natuurkunde). ‘Van die ene ster bereiken miljoenen fotonen per seconde je oog. Een enkel foton is dus echt ontzettend weinig. Ik ben weken bezig geweest om al het omgevingslicht te blokkeren, zodat we alleen de fotonen uit onze lichtbron overhouden. Pas na zo’n 100 meter aluminiumtape en 600 uur metingen later kon ik concluderen dat het hier écht donker is.’
Experimenteren in het donker
Stagiair Steffi Blankers zit in het derde jaar van de hbo-opleiding Technische natuurkunde en ontwikkelt het experiment verder. ‘In onze opstelling schieten we momenteel pulsen met tussen de nul en 1000 fotonen in iemands oog. Voor het echte experiment moeten dit pulsen van tussen de nul en tien fotonen worden. We gebruiken een simpel led-lampje dat we flink verzwakken. Dat doen we vooral door de kabels waar het licht doorheen gaat slecht te koppelen’, lacht de studente. ‘Dat is eigenlijk niet hoe je ze hoort te gebruiken.’
‘Mijn uitdaging was om de lichtpuls precies op de goede plek in iemands oog te krijgen. Bij de staafjes om precies te zijn, daarmee zien we in het donker’, legt Blankers uit. ‘Dat is een heel precies klusje.’ De testpersoon zit in de ene kweektent met diens hoofd in een hoofdsteun en kijkt naar een rood lampje terwijl de pulsen binnenkomen. Dan blijft het oog in dezelfde positie. De onderzoeker houdt toezicht op het experiment in de andere kweektent. ‘Ik vind het leuk om in het lab te werken aan een vraag waar we het antwoord nog niet op weten.’
Een enkel foton werpt licht op het brein
Dit onderzoek is volgens Van der Reep om meerdere redenen interessant. ‘We begrijpen zoveel van de wereld om ons heen en toch blijft ons eigen brein in veel opzichten een mysterie. We weten niet precies wat daar gebeurt. En het oog is een doorgang naar het brein. Met zwakke signalen kun je de paden in je hersenen het beste volgen’, legt hij uit. Het project is dan ook opgezet samen met neurowetenschapper Yaïr Pinto van de Universiteit van Amsterdam.’
‘Als we dit voor elkaar krijgen, roept dat nog veel meer interessante vragen op’, gaat Van der Reep verder. ‘Wat gebeurt er als iemand afgeleid is en wat zegt dat over wat we onbewust waarnemen? Kun je het signaal van een enkel foton ook zien op een EEG-scan van iemands brein? En zou je kunnen zien waar een signaal stukloopt bij mensen met een visuele handicap? Ik heb geen idee of dat ooit mogelijk gaat zijn. Ik vind het vooral leuk om simpelweg te begrijpen wat er gebeurt.’