神经科学新发现：大脑通过头骨发出微弱光信号揭示脑活动奥秘

在现代神经科学领域，关于大脑功能的研究一直是探索生命奥秘的重要方向。近期，一项发表在《iScience》期刊的开创性研究揭示了人脑竟能发出极其微弱的光信号，这些光线不仅穿透头骨，还会随着个体的精神状态变化。这一发现为理解脑活动和开发全新脑部成像技术提供了令人振奋的突破口。所有生命组织在正常新陈代谢过程中，都会释放出超弱光子发射（Ultraweak Photon Emissions，简称UPE）。这是因为分子在从激发态回到基态时会发射光子，但这种光极为微弱，强度大约是人眼能够感知光的百万分之一。相比于萤火虫等生物利用特定酶催化实现的生物发光，UPE是一种无酶参与、持续稳定的自然现象，存在于包括脑在内的所有组织。

由于大脑能量消耗巨大，且富含能吸收和发射光的光敏分子如黄素、血清素及多种蛋白质，其产生的UPE信号远高于其他器官。研究表明，这种光的释放率与细胞的氧化应激、衰老以及生理健康状态密切相关，或能反映细胞间的通讯和代谢动态。研究团队由多所高校包括阿尔戈马大学、塔夫茨大学和威尔弗里德劳里尔大学的科学家组成，领导者为海莉·凯西和尼洛莎·穆拉甘。他们尝试验证UPE是否可用于无干扰监测脑功能，相比传统脑成像技术，UPE测量完全被动，不会向大脑施加任何刺激性能量，类似于脑电图(EEG)的非侵入性优势。研究中，20名健康成年人参与了实验，地点设置在全暗环境。研究人员将光电倍增管安置于颞叶和枕叶等视觉与听觉处理中心附近，同时戴有脑电帽记录脑电节律。

任务包括让参与者在睁眼和闭眼状态下休息，以及聆听重复简单音频刺激。目标是观察脑发光信号是否对应于已知脑电节律变化，特别是闭眼时增强的α节律。分析结果表明，来自大脑的微弱光信号在复杂性和变异性上远超背景光，且具有明显的低频节律特征，约在每一到十秒间波动一次。这种节律在枕叶区域尤为显著，反映大脑视觉皮层活动的内在循环动态。任务期间，UPE信号表现出趋于稳定的状态，且随睁闭眼状态变化而调整。此外，发光模式的变化方向因人而异，或与个体代谢差异及脑活动复杂性相关。

脑电波与UPE信号间有一定程度的相关性。如闭眼状态下枕叶α节律增强时，UPE信号同步增强；听觉任务时颞叶UPE变化亦与电活动相匹配，但整体相关性偏弱，提示两种信号反映脑活动不同层面，需要更多研究细化解读。研究人员指出，此次研究虽具开创性，但存在样本量有限、传感器覆盖区域少、探测波长范围宽泛等限制。未来工作可运用更精细的光学滤波技术提高信号特异性，布置多点传感网提升空间定位能力，结合高级数据分析和机器学习以解码脑部UPE图谱。鉴于UPE反映细胞代谢活动，其信号来源可能涵盖神经元和胶质细胞多个层面，甚至具有纵深空间分布。扩展研究涵盖不同年龄、性别及健康状态人群，有望发现UPE与脑退行性疾病、精神病理等的潜在联系。

与其他身体组织的UPE对比研究，也将在理解脑光信号独特性上带来启示。利用这一无创、被动且具高时间分辨率的测量方法，未来或能开发出新型“光脑图”（photoencephalography），为临床脑功能监测及神经退行性疾病诊疗提供重要工具。该技术不同于强磁共振成像或红外刺激，避免对脑组织的额外负担，更加安全和便捷。综上所述，人脑发光现象和其对认知状态的反映，为科学认识脑代谢与功能活动之间的关系打开了新窗口。围绕这一自然光子释放机制的探索，既有助于生物物理学基础研究，也极具拓展神经影像学应用的潜力。科研团队期待通过更加先进的检测设备和跨学科合作，将这道人体内部闪烁之光转化为未来脑科学的宝贵信息资源，造福医学诊断和认知神经科学领域。

随着更多研究展开，脑光信号的解码或将揭示意识与大脑动态的独特联系，推动对人类心智和健康机制的深入理解。