近年来，脑部成像技术的进步为神经科学研究与临床诊断带来了革命性的变化。传统的脑部成像手段如功能性近红外光谱（fNIRS）和磁共振成像（MRI）在穿透深度、便携性以及成本等方面存在一定限制。近日，物理学家们首次成功探测到光线穿透整个人类头颅的实验成果，为非侵入性脑部深层成像技术打开了新的可能性。该研究成果发表在权威期刊《神经光学》（Neurophotonics），引起学术界和医疗界的广泛关注。通过精心设计的激光系统与极为灵敏的单光子计数技术，科研团队克服了此前认为光线难以穿越头骨及脑组织的巨大衰减障碍，实现了光子从头部一侧穿越15.5厘米后被检测器捕获的壮举。实验中，科研人员使用脉冲激光以极高的发射频率照射头部，同时利用时间相关单光子计数系统截取幸存光子的信号。
尽管发出数以万亿计的光子，最终通过脑组织并到达对面探测器的光子微乎其微，约为每秒一枚，但经过长达30分钟的持续数据采集，系统成功检测到了这微弱的光子信号。实验的设置类似于极其精准的激光对战游戏，发射端与探测端分别置于参与者脑部的两侧，整个环境被设计为完全隔绝外界光源干扰，确保数据的纯净性。此前的计算机模拟预测了光子通过脑内的主要路径，实验结果与模拟高度吻合，显示光子更倾向于沿着脑脊液的通道传播，而脑脊液作为围绕脑部及脊髓的透明保护液体，其物理特性使其成为光子穿透深部的理想通道。此前多项光学脑部成像技术难以突破4厘米的穿透限制，主要只能捕获脑表层的信号，而此次技术突破使得包括脑沟、脑干核团及小脑等大脑深层关键区域的光学信息得以采集。这些脑内区域对诊断中风、脑出血、肿瘤等多种神经系统疾病具有重要价值。研究者们认为，未来若能开发便携式设备，便可在资源有限的医疗环境中进行高效、经济的深脑检测，极大改善脑部病变的早期诊断与治疗。
尽管成就令人振奋，当前实验仍面临多重挑战。成功检测仅出现在皮肤较浅、无发的参与者身上，显示生物个体间的头部光学属性差异较大。激光功率接近皮肤安全上限，且长时间的数据采集需求限制了其临床实用性。此外，技术转化为临床设备还需进一步完善激光安全性、检测灵敏度和数据处理速度。然而，这项研究奠定了结合便携式脑电图（EEG）技术深度分辨能力与功能磁共振成像（fMRI）优点的新型光学成像平台的基础。随着计算机算法与探测器技术的不断进步，未来可望实现高分辨率、低成本、无创、便携的深脑成像设备，极大拓展全球医疗可及性，为脑科学研究提供强有力的工具。
科学家们正期待通过改进激光波长、增强探测灵敏度以及深度学习算法，实现对不同人群包括发色、肤色多样性的适应。新技术亦可辅助神经退行性疾病病理机制研究、指导脑损伤恢复方案设计，及监测神经调控治疗效果。光穿透人体头颅的这一科学奇迹不仅是光学物理领域的重大突破，更将推动神经医学迈向精准诊疗新时代。未来，非侵入式脑成像可能突破传统设备的局限，成为神经疾病筛查、监测及个性化治疗的重要利器。综合来看，科学家检测光穿透人头颅的里程碑式成果揭示了人体脑部复杂结构中的光传导规律，推动全新脑成像技术诞生。有望借助这类前沿光学创新，为数十亿脑疾病患者带来福音，助力构建更加智慧、健康的未来医疗体系。
。
