Согласно новому исследованию, мозг излучает свет через черепную коробку.
Ученые обнаружили, что человеческий мозг излучает слабые световые сигналы, которые можно зарегистрировать независимо от внешнего освещения.
Ученые выяснили, как именно эти сигналы связаны с психическим состоянием и можно ли использовать их для мониторинга активности мозга. Результаты исследования опубликованы в журнале iScience.
Все живые ткани в процессе метаболизма испускают очень слабое фотонное излучение. Этот свет не похож на биолюминесценцию, при которой свет возникает в результате химических реакций.
В случае сверхслабого фотонного излучения свет возникает при переходе молекул из возбуждённого состояния в более спокойное, и его интенсивность чрезвычайно мала — примерно в миллион раз меньше интенсивности видимого глазу света.
Мозг излучает больше радиации, чем другие органы, что связано с высоким энергопотреблением и наличием молекул, способных поглощать и излучать свет.
Группа исследователей из Университета Алгомы, Университета Тафтса и Университета Уилфрида Лорье изучила возможность использования этих слабых световых сигналов для мониторинга активности мозга. В отличие от существующих методов, таких как МРТ или инфракрасная спектроскопия, измерение сверхслабого фотонного излучения (ССФИ) не требует воздействия на мозг.
В эксперименте приняли участие 20 здоровых взрослых людей. В тёмной комнате с помощью фотоумножителей регистрировались световые сигналы в затылочной и височной областях головы, а электрическая активность мозга измерялась с помощью электроэнцефалографии (ЭЭГ). Участники выполняли простые задания: сидели с открытыми и закрытыми глазами и слушали звуковые сигналы.
Результаты показали, что свет, излучаемый мозгом, 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 изменения состояния, например при закрытии глаз, показатели UPE стабилизировались и изменились, что указывает на связь с внутренними процессами в мозге. Однако у разных участников направление изменений было разным.
При сравнении фотонного излучения с электрическими ритмами мозга была обнаружена слабая корреляция. Альфа-ритмы, связанные с расслабленным состоянием и усиливающиеся при закрытых глазах, были связаны с UPE в затылочной области, но только в этом состоянии.
Аналогичные связи были обнаружены в височной доле во время звуковой стимуляции, но они были незначительными.
Авторы исследования отмечают, что у работы есть некоторые ограничения: небольшой размер выборки, ограниченное количество датчиков и широкий диапазон регистрируемых длин волн затрудняют проведение более точного анализа.
Чтобы улучшить результаты, необходимо увеличить количество датчиков и использовать более специализированные фильтры. Это поможет лучше локализовать источники излучения и понять, какие клетки мозга вовлечены в процесс.
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 головного мозга.
Исследователи считают, что фотоэнцефалография, основанная на измерении сверхслабого фотонного излучения, может стать новым неинвазивным инструментом для изучения мозга с высоким временным разрешением.
Это позволит отслеживать метаболические процессы, связанные с окислительным стрессом, и, возможно, найдёт применение в клинической практике.