脑科学研究一直是现代医学和生物科学的重要前沿领域。准确、无创地观察活体脑部的活动状态，尤其是脑深层区域的功能变化，对于理解人类认知、情绪及多种神经疾病具有重大意义。历经数十年的发展，利用近红外光的功能性近红外光谱学（fNIRS）技术为脑部成像提供了一种便捷且经济的解决方案。然而，传统fNIRS技术的光穿透深度仅能达到大约4厘米，限制了对大脑表层以外重要区域的研究，包括与记忆、情感、运动相关的深脑结构。 最近，来自格拉斯哥大学的科学研究团队实现了一项前所未有的技术突破，他们首次成功探测到光线穿透整个人头，并在大脑深部进行成像。这一成就不仅挑战了物理学对于光子在人体复杂组织中传播极限的认知，也为脑成像技术开辟了新的可能性。
该研究成果于2025年发表在国际知名期刊《Neurophotonics》上，引起了学术界和医疗界的广泛关注。 这项研究的核心在于采用了高功率脉冲激光器和超高灵敏度探测器的组合。研究团队在志愿者头部两侧分别安排光源和探测器，利用先进的光子计数技术成功捕获了穿透整个头颅的极其稀少的光子信号。实验环境被严格控制，排除了干扰光源，确保所检测的信号确实来自跨越头部的光路。此外，团队还结合高性能计算机模拟，预测光子在脑组织、骨骼和脑脊液等不同层次间的传播路径与散射特点，从而精确解析光信号的传输机制。 模拟结果显示，光子在人体头部的穿透并非随机漫射，而是优先沿着散射较小的通道传播，尤其是脑脊液等低散射区域，这种现象为深层光学成像提供了理论依据。
实验数据与计算模拟高度吻合，进一步佐证了实验观测的准确性。虽然目前实验仅在皮肤较白且无头发的受试者中进行，并且需要长达半小时的数据采集时间，但这已为设计新型光学设备铺平了道路。 这项技术的潜在应用价值巨大。传统的磁共振成像（MRI）和计算机断层扫描（CT）虽然能达到更深的脑部成像效果，但设备庞大、昂贵且受限于医疗环境。未来基于这项技术发展的便携式脑成像设备，可能实现更经济、高效且非侵入性的深脑功能监测，甚至在家用和远程医疗中广泛应用。这将极大便利中风、脑损伤、脑瘤等疾病的诊断和监测，尤其是在医疗资源匮乏的地区。
此外，借助这一光学突破，科学家们能够更深入地研究大脑复杂神经网络的动态活动，促使认知科学、神经心理学等领域取得更具突破性的进展。深层脑区如海马体、杏仁核等的非侵入成像，将为揭示记忆形成、情绪调节等机制提供重要数据支持，进一步推动精神疾病和神经退行性疾病的治疗策略革新。 未来研究还需优化激光功率以及探测器灵敏度，提升数据采集速度与信噪比，同时扩展技术对不同肤色和发质的适用性，以实现技术的临床转化和普及。此外，结合人工智能和机器学习算法进行光信号处理和图像重建，也将助力提升成像精度和效率，加快深脑成像技术的实用化进程。 综上所述，光线穿透整个人头进行脑成像的技术突破，代表了神经科学和光学成像领域的革命性进展。它不仅克服了传统光学技术的深度限制，还带来了前所未有的临床与科研机遇。
随着相关技术的持续完善和推广，人们有望在未来实现对人类大脑更全面和深刻的理解，推动脑疾病诊断与治疗进入一个崭新的时代。
