Мозг излучает свет через череп: захватывающее открытие ученых
Все живые ткани испускают едва уловимые световые сигналы в процессе своей метаболической активности — это явление называется сверхслабым фотоэмиссионным (митогенетическим) излучением. Это не биолюминесценция, как у светлячков, а постоянное фоновое свечение, которое возникает, когда возбужденные молекулы возвращаются в стабильное состояние и высвобождают фотон. Такой свет примерно в миллион раз слабее, чем нижний порог человеческого зрения, он охватывает диапазон от видимого до ближнего инфракрасного света.
По сравнению с другими частями организма, мозг светится особенно активно: из-за высокого потребления энергии и наличия фоточувствительных молекул, в том числе, флавинов, серотонина и некоторых белков, он испускает больше фотонов, чем большинство других органов. Более того, уровень эмиссии, по-видимому, увеличивается с возрастом и при оксидативном стрессе, что может свидетельствовать о связи свечения с клеточным здоровьем и межклеточной коммуникацией.
Группа ученых из нескольких университетов, включая Алгому и Тафтс под руководством Хейли Кейси и Нирошей Муруган решила выяснить, можно ли с помощью регистрации этих сверхслабых фотоэмиссий отслеживать активность мозга — причем без какого-либо вмешательства или стимуляции, в отличие от традиционных методов — МРТ или оптической визуализации. По сути, ученые искали аналогию с ЭЭГ, но в световом диапазоне.
В эксперименте приняли участие 20 здоровых добровольцев. В полной темноте, в помещении без внешнего освещения, с помощью фотонных детекторов фиксировались световые сигналы в затылочной и височной областях головы — зонах, связанных с визуальной и слуховой обработкой информации. Параллельно с этим участники носили шапочку с электродами ЭЭГ для синхронной записи электрической активности мозга. В ходе 10-минутной сессии добровольцы последовательно выполняли простые задачи: сидели с открытыми и закрытыми глазами, а также слушали повторяющийся звуковой сигнал
Результаты показали, что сигналы, исходящие от мозга, можно отличить от фонового света по уровню вариативности и структурной сложности. Фотоны мозга колебались в ритмах ниже 1 Гц — примерно одно колебание в 1−10 секунд — и это отличало их от любых случайных фоновых излучений. Более того, паттерны светового излучения изменялись в зависимости от состояния участника: при закрытых глазах или в ответ на звук наблюдались устойчивые изменения в характеристиках сигнала. Эти изменения были индивидуальны, что, возможно, отражает индивидуальные особенности метаболизма или нейронной активности.
Сравнение с ЭЭГ дало умеренные корреляции: например, при закрытых глазах уровень излучения с затылка соответствовал активации альфа-ритмов — маркеров расслабленного бодрствования. Однако далеко не все ожидаемые взаимосвязи подтвердились, что подчеркивает сложность и новизну подхода.
Авторы признают, что исследование носит предварительный характер: небольшая выборка, ограниченное число сенсоров и широкополосные детекторы затрудняют точное определение источников излучения. В будущем более чувствительные приборы, узкополосные фильтры и расширенные массивы сенсоров могут помочь выявить пространственные и спектральные особенности световых сигналов мозга. Результаты работы могут стать основой для принципиально нового метода нейровизуализации — полностью пассивного, неинвазивного и потенциально способного отражать здоровье мозга на метаболическом уровне.
