この記事は元々 io9 に掲載されました。
2AI Labsの研究者2名が、赤緑色覚異常を効果的に治療するウェアラブル眼鏡型デバイスを開発しました。「O2Amps」と呼ばれるこの技術は、人間の皮膚の色を見るだけで他人の血液中の酸素量を判断できる能力を利用しています。開発者のマーク・チャンギジ氏は、色覚の進化論的基盤を考察した結果、この型破りなアイデアを思いつきました。彼の独自の理論は、最終的に、着用者が感情や社会的シグナルをより明確に認識できるようにする眼鏡の開発につながり、そして予期せぬ結果として、色覚異常の問題も解決しました。チャンギジ氏に詳細を伺いました。
この画期的な進歩の最も興味深い点の一つは、それがどのようにして実現したかという点です。 『Harnessed: How Language and Music Mimicked Nature and Transformed Ape to Man』の著者であるチャンギジ氏は、人間の思考、感情、視覚の様々な側面を長年研究してきました。彼は、文字がなぜその形をしているのか、言語がどのように出現したのか、そして最近では、人間や他の霊長類がなぜ色覚を持っているのかなど、独自の洞察を提示してきました。
「色覚は感情や状態を感知するためのもの」という理論
「ほとんどの哺乳類 ― 犬、馬、ウサギ ― は色の2次元を持っています」と彼はio9に語った。「黄青の次元と、グレースケール（または明度）の次元です。しかし、私たち霊長類の中には、さらに別の色覚の次元、つまり赤緑の次元を持つ種もいます。」
チャンギジ氏によると、一般的な説は、霊長類が森の中で果物を見つけるために色覚を進化させたというものだ。しかし、この説の問題点は、私たち人間と同じような三次元色覚を持つ霊長類でも、食性が大きく異なるという点だ。しかし、私たち人間は皆、同じように多様な色覚を持っている。
「私たちの色覚は、同じ霊長類の仲間を感知するためのものなのではないか、顔やお尻、性器に現れる赤みなどのシグナルを感知するためのものなのではないかと思いました」と彼は語った。もしそうだとすれば、色覚を持つ霊長類には斑点模様があるはずだとチャンギジ氏は言う。
そして、まさにその通りです。色覚を持つ霊長類は、顔やお尻、そして時には胸など他の部分にも毛が生えていないのが特徴です。他の霊長類のほとんどは、典型的な哺乳類のような毛深い、裸ではない顔と体を持っています。
「また、私の『色は感情や状態を感知するためのものだ』という理論が正しいとすれば、私たちの色覚の背後にあるメカニズムは、皮膚の信号伝達能力の根底にある皮膚の血液信号に特に敏感であるはずです。」
実際、私たちの血液が信号を伝えるために変化する主な方法の一つは、酸素化レベルの変化です。そして、可視スペクトル内でこれに敏感であるためには、M錐体とL錐体という特異な錐体感度を持つ必要があることが判明しました。
「奇妙なのは、M錐体とL錐体が非常に似た波長感度を持っていることです」とチャンギジ氏は言う。「一見すると、これはひどい設計です。カメラのR、G、Bの3つのカラーフィルターが均等間隔で配置されているように、私たちの錐体細胞の感度もスペクトル全体にわたって均等間隔で配置されていると予想されます。ところが、私たち霊長類はM錐体とL錐体が互いに接しているのです。しかし、血液中の酸素化の変化を的確に感知するためには、そうする必要があることに気付くまでは、これは単に悪い考えに過ぎません。」
理論から実践へ
チャンギジ氏は理論計算機科学者のティム・バーバー氏と共同で、色覚に関する自身の理論をアイウェアデバイスに応用しました。具体的には、皮膚の下の血液を視認する目の能力をさらに高めるフィルター技術を開発しました。この技術は、血液信号から「視覚ノイズ」を除去することで機能します。
当初、彼らはこの装置を実用的に一般向けに使うことを計画していました。「結局のところ、これらの信号を見ることこそが、私たちの日常の色覚の目的なのです」と彼は言いました。
「しかし、私たちの技術が色覚異常の人にもメリットをもたらすかもしれないという考えが浮かびました。特許にもそのことが明記されていますが、当時はそれが私たちの主な動機ではありませんでした。しかし、フィルターのデモを重ねるうちに、色覚異常のユーザーから、私たちの技術の一つが色覚異常を「治す」能力に驚嘆するフィードバックをいただくようになりました。」
興味をそそられたチャンギジとバーバーは、より多くの色覚異常患者に連絡を取り、彼らの体験に関するフィードバックや情報を得ようとしました。錐体細胞と血液のスペクトル変調との関連性に気づいた彼らは、研究をさらに進めることができると気づきました。
「Oxy-Ampは当社の技術の中核を成すものです。他にOxy-IsoとHemo-Isoという2つの技術があります。Oxy-Ampは、酸素化シグナルに関してノイズとなる狭い帯域の光を遮断します。これにより、Oxy-Ampは、人間の赤緑知覚が進化の過程で感知してきたのと同じように、他者の皮膚における酸素化の変化を感知する能力をさらに高めます。しかも、遮断する帯域が非常に狭いため、コストはほとんど、あるいは全くかかりません」と彼は言います。
仕組み
チャンギジ氏とバーバー氏は、オキシアンプに加えて、人間の目で感知できる血液の変化の2つの次元に対応する2つの特殊な技術を開発しました。
変動の一つは血液濃度です。手のひらを強く握ったり離したりした時に見えるのが、血液濃度です。これは主に黄色と青色の次元に沿った変動です。Hemo-Isoフィルターはこの信号を分離・増幅するため、非常に誇張された信号になりますが、その代償として酸素化の変動は見えなくなります。
血液の色が変化するもう一つの要因は、酸素化の変動です。これは例えば静脈で見られる赤と緑の変化です。Oxy-Isoフィルターはこの信号を分離・増幅するため、血液の濃度の変化が強調されますが、その代わりに血液濃度の変化が見えなくなります。
「色覚異常の人々にメリットをもたらすのは、この最後の「オキシ・アイソ」です」とチャンギジ氏はio9に語った。「私たちはそれほど驚きませんでした。なぜなら、この色素増感剤は酸素供給信号を『力ずくで増幅』するからです。しかも、その際に、赤と緑の色覚異常の人々が見ることのできないもう一つの次元を犠牲にするのですから」
一方、オキシアンプは酸素供給の増幅器だが、それほど「粗暴ではない」ものだと彼は言う。
オキシアイソは、M錐体細胞とL錐体細胞がそれぞれある程度備わっている赤緑色覚異常の人にのみ効果があることに注意することが重要です。どちらか一方の錐体細胞が完全に欠損している場合、増幅する効果はありません。
オキシ・アイソは色覚異常の人が赤と緑の違いを認識できるように働きますが、同時に、既存の黄と青の知覚にも障害を及ぼします。「ある意味で、彼らの障害をスペクトル全体にわたってより均一に分散させるのです」とチャンギジ氏は言います。
医療画像技術
色覚異常への応用以外では、2 つの「Iso」フィルター (Oxy-Iso と Hemo-Iso) は主に医療用途を目的としています。
実際、これらは医療用画像技術と見なすことができます。ただし、その「カメラ」は患者自身の目であり、皮膚の下や組織内の血液や血管の特性を直接観察することができます。これらの装置は、眼鏡のような形で使用することも、照明器具の前にフィルターとして設置して血液増幅光を室内に照射する形で使用することもできます。
ヘモグロビンから発生する狭帯域のノイズを遮断する装置「オキシアンプ」は、医療以外にも幅広い用途がある（ただし、医療分野も含む）。まさに霊長類の色覚が進化の過程で目指した機能を増幅する。チャンギジ氏は、専門家だけでなく、誰にでも使える装置だと主張する。
「私たちは、この技術を処方眼鏡、サングラス、そして汎用照明に応用しようとしています」と彼は言います。「例えば、晴れた日にまぶしさを軽減するためにサングラスをかけると、同時に人を見る能力が低下します。しかし、当社のOxy-Amp技術を搭載したサングラスは、必要な日陰を提供しながら、人を見る能力も高めてくれます。」
彼らはまた、美容照明への応用も検討している。「一見すると分かりにくいかもしれませんが、若々しい肌が若々しく見える理由の一つは、皮膚の透明度が高くなり、その下の血管がより見えやすくなるからです」とチャンギジ氏は言う。
「そうですね、私たちのオキシアンプの効果は、皮膚の下の血管をより目立たせることです。つまり、肌がより透明に見え、より若々しく見えるということです。」
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