يُعدّ الضوء عنصراً أساسياً لاستمرارية الأنظمة البيئية، وبعض الكائنات الحية مثل الديدان والأسماك تشع به ذاتياً.
يفسّر العلماء هذه الظاهرة بـ”الفوتونات الحيوية”، وهي جسيمات ضوئية تنبعث نتيجة عمليات كيميائية حيوية مرتبطة بتوليد الطاقة في الخلايا. كلما زادت الطاقة المستهلكة، زاد الضوء المنبعث من الأنسجة.
وفي هذا الإطار، توصل فريق بحثي كندي إلى أن الدماغ البشري يشع ضوءاً خافتاً أثناء التفكير، وأن انبعاث الفوتونات الحيوية يتغير مع العمليات المعرفية.
رغم عدم وضوح العلاقة بين الضوء الخافت المنبعث من الدماغ والأنشطة المعرفية، يعتقد باحثون من جامعة ويلفريد لورييه في أونتاريو (كندا) أن هذه الجسيمات الضوئية تلعب دوراً في وظائف الدماغ.
أوضحت نيروشا موروغان، رئيسة فريق الدراسة والمتخصصة في الفيزياء الحيوية، أن علماء متخصصين في دراسة الأنسجة الحية، بما فيها الخلايا العصبية، رصدوا انبعاثات ضوئية ضعيفة ناتجة عن تكون عشرات إلى مئات الفوتونات في عينات أنسجة حية بحجم سنتيمتر مربع في الثانية داخل أوعية الاختبار المعملية.
منذ القرن الماضي، يعتقد علماء الأحياء أن الجسيمات الضوئية الحيوية تلعب دوراً في التواصل الخلوي. في عام 1923، أثبت ألكسندر غورويتش أن حجب الفوتونات عن جذور البصل يمنع نموه. أكدت دراسات لاحقة دور الفوتونات الحيوية في التواصل الخلوي وتأثيرها على نمو الكائنات الحية.
انطلاقاً من ذلك، تتبّع فريق موروغان البحثي هذه الظاهرة في الدماغ البشري، عبر قياس كمية الفوتونات المنبعثة أثناء العمل.
في تجربة نشرتها دورية “iScience”، ارتدى 20 متطوعاً أغطية رأس مزودة بأقطاب لتسجيل النشاط الكهربائي للدماغ، وأنابيب لتضخيم أي انبعاث للجسيمات الضوئية، ما يسمح برصدها.
وجد الباحثون أن عناقيد الفوتونات تتركز في منطقتين من الدماغ: الفصوص القذالية (معالجة الصور البصرية)، والفصوص الصدغية (معالجة الأصوات).
صرحت موروغان لموقع “ساينتفيك أميركان” أن “النتيجة الأولى هي انبعاث الفوتونات من الدماغ بشكل مستقل، وليست خداعاً بصرياً أو عملية عشوائية”.
واتجهت موروغان بعد ذلك لقياس ما إذا كانت كثافة هذه الانبعاثات تتغير مع اختلاف العملية المعرفية التي يقوم بها المخ. ونظرا لأن المخ عضو يتسم بالشراهة من ناحية التمثيل الغذائي، فقد افترضت أن كثافة الجسيمات المضيئة التي تنبعث منه سوف تزداد كلما انخرط المخ في أنشطة معرفية تتطلب كميات أكبر من الطاقة مثل معالجة الصور البصرية.
وجد الباحثون أن تغيرات كمية الجسيمات الضوئية ترتبط بتغير الوظيفة المعرفية، مثل إغلاق العين وفتحها، ما يشير إلى علاقة بين التحولات في العمليات المعرفية وكميات الفوتونات المنبعثة.
وتطرح هذه التجربة مزيدا من التساؤلات بشأن الدور الذي تقوم به الجسيمات المضيئة داخل العقل.
8 تقنيات لزيادة التركيز وتعزيز قوة الدماغ
صحة
8 تقنيات لزيادة التركيز وتعزيز قوة الدماغ
ويقول مايكل غرامليش أخصائي الفيزياء الحيوية في جامعة أوبورن بولاية ألاباما الأميركية في تصريحات لموقع “أميركان ساينتفيك”: “أعتقد أنه مازال هناك الكثير من أوجه الغموض التي يتعين سبر أغوارها، ولكن السؤال الجوهري هو هل تمثل الجسيمات المضيئة آلية نشطة لتغيير النشاط العقلي؟ أم أن دورها يقتصر على تعزيز آليات التفكير التقليدية”.
ويتساءل الباحث دانيل ريمونديني أخصائي الفيزياء الحيوية بجامعة بولونيا الإيطالية بشأن المسافة التي يمكن أن تقطعها الفوتونات الحيوية داخل المادة الحية، حيث أن الإجابة على هذا السؤال قد تسلط الضوء على العلاقة بين الوظائف العقلية وانبعاث الفوتونات في أجزاء مختلفة من المخ.
وتريد موروغان وفريقها البحثي استخدام أجهزة استشعار دقيقة لرصد مصدر انبعاث الفوتونات داخل المخ، ويعكف فريق بحثي من جامعة روشستر في نيويورك على تطوير مسبارات متناهية الصغر لتحديد ما إذا كانت الألياف العصبية داخل المخ يمكن أن تنتج تلك الجسيمات المضيئة.
وبصرف النظر عما إذا كان الضوء الخافت الذي ينبعث بانتظام من المخ يرتبط بالوظائف العقلية أو لا، فإن تقنية قياس حجم الجسيمات الحيوية المضيئة وعلاقتها بالإشارات الكهربائية للمخ، “Photoencephalography”، قد تصبح يوما ما وسيلة مفيدة لعلاجات المخ غير التدخلية.
ويقول غرامليش: “اعتقد أن هذه التقنية سوف يتم تعميمها على نطاق واسع خلال العقود المقبلة حتى إذا لم يتم إثبات صحة النظرية بشأن الدور الذي تلعبه الفوتونات في دعم الأنشطة العقلية”.
