کشف درخشش ظریف مغز انسان: بررسی علمی بیوفوتون ها

پیشینه علمی درخشش مغز: روشنایی نهفته در بدن انسان

پدیده بیولومینسانس (زیست‌تابی) در طبیعت همواره دانشمندان را شگفت‌زده کرده است؛ ویژگی‌ای که در جانداران مختلفی همچون کرم شب‌تاب، عروس دریایی و برخی قارچ‌ها رایج است. برخلاف این موجودات درخشان، انسان‌ها معمولاً با انتشار نور قابل مشاهده شناخته نمی‌شوند. اما شواهد رو به افزایشی از اوایل قرن بیستم مطرح شده است که نشان می‌دهد بافت‌های انسانی نیز نوری بسیار ضعیف منتشر می‌کنند. این نشرات که با نام بیوفوتون (biophoton) یا انتشار فوتون فوق‌ضعیف (UPE) شناخته می‌شوند، به حدی کم‌نور هستند که چشم انسان قادر به دیدن آن‌ها نیست؛ اما فناوری‌های جدید اکنون این امکان را برای دانشمندان فراهم کرده تا راز این نور پنهان را بررسی کنند.

بیوفوتون‌ها در بازه نزدیک به طیف مرئی قرار گرفته و محصول فرایندهای متابولیک سلول‌های ما هستند. اگرچه همه مواد گرم‌تر از صفر مطلق شکلی از تابش الکترومغناطیسی تولید می‌کنند، UPEها با تابش حرارتی معمولی متفاوت‌اند و امضایی منحصر به فرد از فعالیت زیستی بدن به شمار می‌روند.

نحوه سنجش نور مغز: رویکرد و روش‌های آزمایشگاهی

در یک پژوهش مقدماتی توسط دکتر هیلی کیسی، زیست‌شناس دانشگاه الگومای کانادا، پیشرفت‌های جدیدی در حوزه بیوفوتون‌ها حاصل شده است. در این مطالعه، انتشار فوتون فوق‌ضعیف از مغز انسان که یکی از حیاتی‌ترین اعضای بدن است، مورد بررسی قرار گرفت. تیم پژوهشی تلاش کرد تا این انتشار فوق‌ضعیف را در مغز افراد سالم در شرایط گوناگون شناسایی و تحلیل کند تا امکان ارتباط این نور کم با فعالیت‌های مغزی خاص را ارزیابی کند.

شرکت‌کنندگان در این پژوهش در محیطی کاملاً تاریک قرار گرفتند تا هرگونه نور محیطی به حداقل برسد. برای رصد فعالیت مغز، از کلاه EEG (الکتروانسفالوگرافی) که سطح الکتریکی سر را اندازه‌گیری می‌کند، استفاده شد. اطراف داوطلبان نیز لوله‌های فوتومولتی‌پلایر فوق‌حساس قرار داشت که قابلیت تشخیص ضعیف‌ترین سیگنال‌های نوری را دارند.

آزمایش‌ها هم در حالت استراحت و هم هنگام انجام فعالیت‌هایی نظیر آزمون شنوایی اجرا شد تا همه فعالیت‌ها در تاریکی رخ دهد. در تمام این شرایط، پژوهشگران توانستند انتشار فوتون فوق‌ضعیف مغز را به طور مداوم ثبت کنند. جالب اینکه شدت و الگوی بیوفوتون‌ها با تغییرات فعالیت امواج مغزی (EEG) ارتباط معنی‌داری داشت و این یافته پیوند مستقیمی میان انتشار این نورها و وضعیت‌های عملکرد مغز را نمایش می‌دهد.

دستاوردهای کلیدی: بررسی عملکرد مغز با سیگنال‌های بیوفوتونی فوق‌ضعیف

این پژوهش گامی مهم در زمینه تمایز سیگنال‌های بیوفوتونی مغز از نویز پس‌زمینه است. به ویژه هنگام انجام وظایف شناختی خاص، الگوهای انتشار UPE به ثبات رسیدند و نشانگر وجود امضایی مداوم مرتبط با گونه‌ای از فعالیت‌های عصبی شد.

این پیشرفت، آغازگر یک زمینه علمی جدید با عنوان «فوتوانسفالوگرافی» (photoencephalography) است؛ روشی که پژوهشگران پیشنهاد می‌کنند با آن سلامت مغز و عملکرد عصبی را با تجزیه و تحلیل انتشار بیوفوتون‌ها ارزیابی کنند. در حالی که سال‌هاست EEG برای بررسی امواج مغزی کاربرد دارد، اندازه‌گیری UPEها می‌تواند دریچه‌ای کاملاً غیرتهاجمی برای ارزیابی متابولیسم سلولی مغز و دینامیک عصبی بدون نیاز به الکترود یا تصویربرداری باز کند.

به گفته تیم دکتر کیسی: «ما نشان دادیم که سیگنال‌های UPE مشتق‌شده از مغز قابل تمایز از فوتون‌های پس‌زمینه هستند و نتایج ما نشان می‌دهد که در هر وظیفه معین، تعداد UPEها ممکن است به مقدار ثابتی برسد.» این اثباتِ مفهوم، افق‌های تازه‌ای برای مطالعه مغز زنده ایجاد می‌کند.

کاربردها و مسیرهای آینده پژوهش بیوفوتونیک مغز

دانشمندان اکنون به دنبال این هستند که چگونه تفاوت‌های ساختاری، شرایط سلامت یا بیمار‌ی‌های عصبی ممکن است شدت و الگوی پراکندگی بیوفوتون مغز را تحت تاثیر قرار دهد. شناسایی «اثر انگشت فوتونی» هر شخص می‌تواند به پزشکان کمک کند تا پروفایل پایه‌ای را برای افراد ایجاد کرده و هرگونه تغییر غیرطبیعی بالقوه مرتبط با بیماری یا آسیب مغزی را تشخیص دهند.

همچنین بهبود تجهیزات فوتودتکتور و توسعه فیلترها و تقویت‌کننده‌های پیشرفته، برای شناسایی الگوهای ارزشمند انتشار UPE در کلینیک‌های واقعی، چه در افراد سالم و چه بیماران مبتلا به اختلالات عصبی، نقش کلیدی خواهد داشت. پژوهشگران اشاره می‌کنند که تحقیقات آینده در پی انتخاب فیلترها و تقویت‌کننده‌هایی است تا ویژگی‌های سیگنال UPE را از مغزهای سالم و بیمار استخراج و تقویت کند؛ اقدامی که می‌تواند به ابزارهای تشخیصی قدرتمند در علوم اعصاب منجر شود.

جمع‌بندی

نور پنهان مغز انسان که به سادگی با چشم غیرمسلح قابل رویت نیست اما با فناوری‌های پیشرفته قابل سنجش است، احتمالاً به زودی دریچه‌ای جدید برای درک عملکرد و سلامت مغز خواهد گشود. هرچند «فوتوانسفالوگرافی» هنوز مفهومی نوظهور است، اما پتانسیل آن برای ارائه بینشی غیرتهاجمی و لحظه‌ای از فرایندهای عصبی، هم از منظر علمی و هم پزشکی، بسیار چشمگیر و امیدبخش است. با پیشرفت این حوزه، رمزگشایی از زبان نوری ضعیف مغز می‌تواند افق تازه‌ای در تشخیص اختلالات مغزی بگشاید و شاید در آینده، امضاهای نوری منحصر به فرد به کشف رازهای شناخت و آگاهی انسانی کمک کنند.