Brzmi trochę jak żart, prawda? Jest wiele metod badania mózgu i na pozór powinny nam wystarczyć. Jednak naukowcy postanowili sprawdzić, czy istotne w badaniach może być... światło. Światło, które emituje nasz własny mózg. Tak, to się dzieje na co dzień, ale rzadko zdajemy sobie z tego sprawę. Przecież, gdy przebywamy w ciemności, nie zobaczymy świecenia swojej głowy w lustrze, czy też łuny wokół głów osób, które znajdują się obok nas.
Każda żywa komórka wydziela minimalne ilości światła. Nazywa się to emisją fotonów ultrasłabych — to zjawisko występujące stale, niezależnie od naszej woli czy uwagi. Nie ma w tym mechanizmu znanego z choćby świetlików, nie ma mowy o typowej bioluminescencji. To nie efekt działania specjalnych enzymów, lecz naturalny rezultat powrotu wzbudzonych cząsteczek do stanu podstawowego. Wydzielany foton to energetyczna resztka tego procesu — ledwie dostrzegalna, ale stała.
W mózgu ten proces jest szczególnie intensywny. Wynika to z jego zapotrzebowania energetycznego oraz obecności związków chemicznych zdolnych do absorbowania i emisji światła: flawinów, serotoniny oraz niektórych białek. Z wiekiem i pod wpływem stresu oksydacyjnego emisja fotonów rośnie, co czyni ją potencjalnym wskaźnikiem stanu komórek nerwowych.
Zespół badaczy z uniwersytetów Algoma, Tufts i Wilfrid Laurier — kierowany przez Hayley Casey i Niroshę Murugan — postawił sobie dosyć śmiałe pytanie: czy da się odczytać aktywność mózgu nie przez impulsy elektryczne, lecz przez światło? Jeśli tak, moglibyśmy zyskać nową, nieinwazyjną metodę obserwacji pracy mózgu — zupełnie nieinwazyjną i całkiem prostą.
Badacze zaprojektowali eksperyment oparty na pasywnym pomiarze fotonów. Uczestnicy — 20 zdrowych dorosłych — siedzieli w zupełnej ciemności. Przy ich głowach umieszczono detektory fotonów w okolicach potylicznych i skroniowych — czyli tam, gdzie przetwarzane są bodźce wzrokowe i słuchowe. Równocześnie prowadzono klasyczne EEG, aby porównać sygnały świetlne z elektrycznymi.
Eksperyment podzielono na pięć etapów: oczy otwarte, oczy zamknięte, stymulacja dźwiękowa, ponowne zamknięcie oczu i na koniec otwarcie. Wszystko po to, by sprawdzić, czy zmiany w aktywności mózgu — znane z elektroencefalografii, np. wzrost rytmów alfa przy zamkniętych oczach — odbijają się również w fotonach.
Odpowiedź okazała się twierdząca. Emisje świetlne miały własny profil — oscylujący poniżej 1 Hz, czyli z cyklem powtarzającym się co kilka sekund. Co więcej, ich charakter zmieniał się zależnie od etapu eksperymentu. Największe różnice zaobserwowano w regionie potylicznym, co wskazuje na jego powiązanie ze zmianami percepcji wzroku.
Niektóre wzorce światła korelowały z falami alfa, szczególnie podczas fazy z zamkniętymi oczami. Inne pojawiały się w czasie stymulacji słuchowej i obejmowały obszary skroniowe. Korelacje nie były silne, niemniej ich obecność sugeruje, że światło niesie pewną informację.
Nie wszystkie oczekiwane zależności się pojawiły. Część zaplanowanych korelacji między fotonami a falami EEG nie została potwierdzona. Możliwe, że emisje fotonów odzwierciedlają głębsze, bardziej rozproszone procesy metaboliczne niż te, które mierzy EEG — a może po prostu wymagają innych narzędzi, by je precyzyjnie wyodrębnić.
Zmienność osobnicza uczestników okazała się istotna. U jednych zmiany światła były wyraźne, u innych niemal nieuchwytne. Sugeruje to, że metabolizm komórkowy — a może i sposób, w jaki mózg zużywa energię — różni się osobniczo na poziomie którego dotąd nie braliśmy pod uwagę.
Czytaj również: Kiedy mózg mówi „dość” – te dwa obszary „krzyczą”, gdy jesteś znużony
Badanie miało charakter wstępny. Objęło niewielką grupę, a zastosowany sprzęt miał ograniczoną rozdzielczość przestrzenną i spektralną. Detektory obejmowały szeroki zakres długości fal, przez co mogły nie wychwycić bardziej specyficznych sygnałów. Rozbudowa sieci sensorów oraz zastosowanie filtrów i wzmacniaczy mogłaby ów stan rzeczy zmienić.
Nie wiadomo również, które komórki w mózgu emitują światło i z jakich głębokości ono pochodzi. Neurony? Komórki glejowe? Naczynia? Prawdopodobnie wszystko naraz. Dostarczenie dobrej odpowiedzi na to wymaga lepszych metod lokalizacji emisji — być może również zastosowania uczenia maszynowego do rozpoznawania wzorców.
I tak narodziła się fotoencefalografia. I może w przyszłości stać się nie tylko narzędziem badawczym, ale także diagnostycznym. Światło pochodzące z mózgu może przestać być jedynie ciekawostką i stanie się dodatkowo nośnikiem informacji o stanie zdrowia naszego centralnego układu nerwowego.
Hej, jesteśmy na Google News - Obserwuj to, co ważne w techu
