Мозг излучает свет сквозь череп, обнаружили ученые

Учёные обнаружили, что человеческий мозг излучает слабые световые сигналы, которые можно зарегистрировать вне зависимости от внешнего освещения. Как именно эти сигналы связаны с психическим состоянием и можно ли использовать их для мониторинга мозговой активности, выяснили ученые. Результаты исследования опубликованы в журнале iScience.

Фото из открытых источников

Все живые ткани выделяют очень слабое фотонное излучение в процессе обмена веществ. Этот свет не похож на биолюминесценцию, когда свет испускается в результате химических реакций. В случае сверхслабого фотонного излучения свет возникает при переходе молекул из возбужденного состояния в более спокойное, и его интенсивность крайне низкая — примерно в миллион раз слабее видимого глазу света. Мозг выделяет больше такого излучения, чем другие органы, что связано с его высокой энергозатратностью и наличием молекул, способных поглощать и излучать свет.

Группа исследователей из Университета Алгомы, Университета Тафтса и Университета Уилфрида Лорье изучала возможность использования этих слабых световых сигналов для наблюдения за активностью мозга. В отличие от существующих методов, таких как МРТ или инфракрасная спектроскопия, измерение сверхслабого фотонного излучения (UPE) не требует воздействия на мозг.

В эксперименте приняли участие 20 здоровых взрослых. В темной комнате с помощью фотоумножителей регистрировали световые сигналы в затылочной и височной областях головы, а также измеряли электрическую активность мозга с помощью электроэнцефалографии (ЭЭГ). Участники выполняли простые задания — сидели с открытыми и закрытыми глазами, слушали звуковые сигналы.

Результаты показали, что излучаемый мозгом свет отличается от фонового по своей изменчивости и частотному составу. Сигналы имели характерные медленные колебания с частотой менее 1 Гц, особенно заметные в затылочной области. Во время смены состояния, например при закрытии глаз, показатели UPE стабилизировались и изменялись, что указывает на связь с внутренними процессами мозга. Однако направление изменений варьировалось у разных участников.

При сравнении фотонного излучения с электрическими ритмами мозга выявили слабую корреляцию. Альфа-ритмы, связанные с расслабленным состоянием и усиливающиеся при закрытых глазах, показали связь с UPE в затылочной области, но только в этом состоянии. Аналогичные связи обнаружились и в височной области во время звуковой стимуляции, однако они были незначительными.

Авторы исследования отмечают, что работа имеет некоторые ограничения: небольшой размер выборки, ограниченное количество датчиков и широкий спектр регистрируемых длин волн затрудняют более точный анализ. Для улучшения результатов необходимо увеличить число сенсоров и использовать более узкоспециализированные фильтры. Это поможет лучше локализовать источники излучения и понять, какие именно клетки мозга участвуют в процессе.

Также планируется изучить, как эти световые сигналы проявляются в других тканях организма и как на них влияют возраст, пол и состояние здоровья. Возможности машинного обучения и новые методы визуализации могут помочь расшифровать паттерны UPE и использовать их для диагностики и мониторинга заболеваний мозга.

Исследователи считают, что фотоэнцефалография, основанная на измерении сверхслабого фотонного излучения, может стать новым неинвазивным инструментом для изучения мозга с высоким временным разрешением. Она позволит отслеживать метаболические процессы, связанные с окислительным стрессом, и потенциально найти применение в клинической практике.