一项听起来像科幻小说中的发现表明，研究人员已经证明，人脑会发出穿透头骨的光芒。这些信号如此微弱和模糊，比我们肉眼可见的光暗一百万倍，但新的研究表明它们可能携带有关大脑功能的线索。
在发表于《iScience》的一项研究中，来自安大略省 Algoma 大学和 Wilfrid Laurier 大学，以及马萨诸塞州 Tufts 大学合作者们，致力于理解超弱光子发射（UPEs）是否可以用来追踪精神状态。他们的发现为一种全新的、完全被动的大脑活动监测方式打开了大门。
什么是脑光？
UPEs 是活组织发出的微量光，研究人员对此已经研究了几十年。这种微弱的光芒首次在 1923 年被描述，当被激发的分子回到静息状态时产生，通常是能量消耗和氧化应激等代谢过程的副产品。虽然身体的所有部分都会发出一些 UPEs，但由于大脑的高强度活动和对光敏感分子的密集浓度，它发出的 UPEs 比大多数部位都多。
直到最近，这种现象更多的是一种奇特的现象，而不是实用的工具。但这正在开始改变。科学家们发现，UPEs 似乎随着我们精神状态的变化而变化，随着睡眠-觉醒周期、激素水平甚至认知努力而波动。这种光线的波长也会随着年龄和大脑健康状况而变化。研究人员现在怀疑，UPEs 可能不仅仅是大脑活动的副产品，而且可能在细胞如何交流中发挥作用。
尽管兴趣日益增长，但由于检测难度太大，UPEs 很少在实践中使用。这种光极其微弱，很容易被其他信号淹没，所以尚不清楚它是否可以被可靠地测量或用于推断有意义的大脑功能信息。
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测量大脑的光芒
为了找出答案，研究团队招募了 20 名健康的成年人，并将他们置于完全黑暗的房间里。使用称为光电倍增管的灵敏光电探测器，他们测量了来自头部两个区域的光发射：后脑，大脑在此处理视觉信息；两侧，大脑在此处理声音。此外，参与者还佩戴了脑电图（脑电图）帽以追踪他们的大脑电活动。
在 10 分钟内，参与者被要求闭眼和睁眼，并听简单的声音，这些任务已知会影响大脑节律。研究人员发现，UPEs 不仅仅是随机的静态信号。这些发射遵循缓慢的节律模式，并在不同任务期间以可预测的方式变化。例如，当人们睁眼或闭眼时，UPEs 会发生明显变化，这与大脑波活动的已知变化相吻合。
重要的是，这些光发射不受任何外部刺激的影响；它们是完全自然、被动的信号，来自大脑本身。
测量大脑活动的新技术
与当前成像工具相比，使用 UPEs 监测大脑的想法有一个有趣的优势。PET 扫描、fMRI，甚至近红外光谱（fNIRS）都涉及向大脑施加能量，在某些情况下可能会影响研究人员试图研究的活动本身。
相比之下，脑电图（EEG）和脑磁图（MEG）等工具可以在不影响大脑的情况下被动记录电信号或磁信号。UPEs 可以提供一种类似的、基于光的替代方案。
虽然研究结果很有希望，但研究人员强调这仅仅是开始。需要更灵敏的探测器和滤波器来区分不同波长的大脑光。最终，机器学习可以帮助解释这些模式，甚至检测到大脑疾病的迹象。
就目前而言，这是一个非凡的提醒：我们的大脑不仅仅在思考——它还在发光。
文章来源
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iScience：《探索超弱光子发射作为大脑活动的视觉标记》
梅奥诊所：《脑电图》
