你的身体正在发光，大脑最亮
环球科学约 4 分钟图片来源：unsplash
撰文 | 康纳·菲利（Conor Feehly）
翻译｜郑添惺
生命大多数时刻都沐浴在阳光之中。太阳让地球充满能量，而这些能量支撑着地球上绝大多数生态系统。生命本身也会发光，不仅是萤火虫和鮟鱇鱼的生物发光，或是物体释放的热辐射。活体组织会持续发出低强度光，或者说“生物光子”（biophoton），科学家将这种现象称为“超弱发光”（ultraweak photon emission）。他们认为这种光子是产生能量的生物分子反应的副产物。生物组织消耗的能量越多，释放的光子就越多。这也意味着在人体组织中，大脑应该是最亮的。
活细胞代谢产生能量时，会产生带有激发态电子的氧分子副产物。当这些电子跃迁回低能态时会通过一种名为辐射衰减（radiative decay）的过程释放光子，这就是超弱发光。而物体的温度高于绝对零度时，会以热辐射的形式释放光子（通常是红外线）。在电磁波谱上，超弱发光处于可见光或近可见光区域，在这个范围内，其强度会比热辐射高出几个数量级。
在近期一项发表于《交叉科学》（iScience）的新研究中，研究人员首次从头骨外探测到了人脑发出的生物光子。当参与者在不同认知任务间切换时，他们大脑发出的生物光子也会变化，尽管大脑活动与这些生物光子之间并没有直接联系。研究者认为，这可能暗示在大脑中，这些微弱光子发挥着更深层次的作用。
一些研究人员在生物组织（包括培养皿中的神经元）中探测到一种弱而持续的光流，每秒每平方厘米释放几颗到几百颗光子不等。“我们想知道当这个现象扩大到人体时，这些光子是否会参与人脑中的一些信息处理或传导过程，”加拿大威尔弗里德·劳里埃大学的生物物理学家尼罗莎·穆鲁甘（Nirosha Murugan，该研究的通讯作者）说。
首先，他们需要确认是否可以从头骨外部检测工作中的大脑发射的生物光子。在一间完全黑暗的房间中，他们给20位参与者戴上配有脑电图（EEG）电极的帽子，用于记录大脑的电活动。参与者头部周围放置了多个检测超弱发光的光子放大管，主要集中在大脑后部的枕叶（负责视觉加工）和两侧的颞叶（负责听觉加工）。为了区分大脑发出的生物光子与房间的背景光子，研究人员还安装了背对参与者的超弱发光探测器。“我们第一个发现是光子确实是从头部发出的。这是一个独立现象，不是虚假的，也不是随机发生的，”穆鲁甘说。
随后她探究了参与者进行不同类型的认知任务时，超弱发光强度是否会发生变化。由于大脑是一个代谢极强的器官，她推测当人们执行需要更多能量的任务时（例如视觉加工），超弱发光强度会增加。然而，他们却发现特定脑区的神经元活动增强时，靠近该区域的探测器并不会检测到更多光子。 “探测器没有捕捉到超弱发光的变化，也许是因为它们在大脑内部被利用、吸收或者分散了，”穆鲁甘推测。只有当参与者转换认知任务时，例如睁眼或闭眼，超弱发光信号才会发生变化。这表明大脑加工过程和其发出的生物光子之间存在某种联系。
关于这些光子在大脑中会发挥什么作用，这项研究留下了更多的问题而不是答案。“我认为这是一种非常有趣且具有潜在开创性的脑活动测量方法，尽管还有许多需要进一步探索的不确定因素。”美国奥本大学生物物理学家迈克尔·格拉姆利克（Michael Gramlich，并未参与该研究）说，“一个核心问题是超弱发光是会主动改变认知过程，还是只起到了强化传统认知机制的作用。”
意大利博洛尼亚大学生物物理学家丹尼尔·雷蒙迪尼（Daniel Remondini）提出了另一个开放性问题：“这些光子在生物组织中的传播距离是多少？”他说，问题的答案或许能解释为何不同脑区检测到的光子信号与神经元活动之间缺乏明确关联。后续，穆鲁甘的团队希望使用更精确的传感器阵列，找到这些光子在大脑中的具体位置。罗切斯特大学的科学家也正在开发纳米级别的探针，用于确定神经纤维是否可以传递生物光子。即便大脑在工作时连续释放的光子并不会发挥重要作用，这种将生物光子测量与电信号结合的方法——穆鲁甘和同事将其称之为光脑电图，未来仍或能成为一种无创测量大脑状态的有效手段。
本文选自《环球科学》8月刊“前沿”栏目。
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