Az agyunk szó szerint világít a sötétben – És többet árul el rólunk, mint hinnéd

Ez nem csupán látványos metafora: az agy fénye szó szerint visszatükrözi agyi aktivitásunkat és anyagcserénk állapotát. A jelenség – amit a kutatók ultra-gyenge fotonkibocsátásnak (UPE) neveznek – a jövőben akár neurológiai betegségek korai előrejelzésére is alkalmas lehet. Egy új korszak hajnalán vagyunk, ahol az agyi működést már nemcsak elektromos jelekkel vagy képalkotással, hanem saját fénye által is vizsgálhatjuk.

Mitől világít az emberi agy?

A fénykibocsátás nem idegen a biológiától. Szinte minden élő szövet termel fotonokat, amikor izgatott molekulák energiát veszítenek. Az agy esetében azonban a történet különösen izgalmas: mivel az emberi agy extrém mértékben használja fel az energiát, és tele van fényérzékeny molekulákkal – mint például flavinok és szerotonin – a kutatók már korábban gyanították, hogy az agy sokkal több fényt bocsáthat ki, mint más szerveink.

„Az, hogy az agy fényt bocsát ki, nem új ötlet. Ami igazán úttörő, az az, hogy ez a fény összefüggést mutat a gondolatainkkal, érzéseinkkel, és a pillanatnyi mentális állapotunkkal”

– mondja Dr. Nirosha Murugan, a kutatás egyik vezetője. A tudósok célja az volt, hogy kiderítsék: vajon az agy által kibocsátott fény tükrözi-e a valós idejű idegi aktivitást – és a válasz meglepő módon „igen”.

Hogyan mérték meg az agy fényét?

A vizsgálat során 20 egészséges felnőttet ültettek egy teljesen sötét, fénymentes kamrába. Két fotonszámláló csövet (fotomultiplikátor) helyeztek a fejük nyakszirti és halántéki részére, miközben EEG-sapkával mérték az agyi elektromos aktivitást is.

A résztvevők különféle egyszerű feladatokat végeztek: nyitott, majd csukott szemmel ültek, hallgattak egy ismétlődő hangot, ismét becsukták a szemüket, végül újra kinyitották. Minden állapot két percig tartott, így a kutatók figyelni tudták, miként változik az agy fénye ezek alatt az egyszerű tevékenységek alatt.

Az eredmények döbbenetesek voltak: az agy valóban fényt bocsát ki, és a fotonkibocsátás mintázata feladatfüggően változott. A nyakszirti régióban – amely a vizuális információk feldolgozásáért felelős – különösen erős fényciklusokat figyeltek meg. A fény lüktetése ráadásul lassú, 1 hertznél alacsonyabb frekvenciával történt – tehát 1–10 másodpercenként ismétlődő ciklusokat mutatott.

Agy fénye és gondolatritmus – van kapcsolat?

A legizgalmasabb felfedezés az volt, hogy a fény nem csupán biológiai melléktermék. A kutatók szerint a fénykibocsátás nem véletlenszerű, hanem valós időben követi az agyi állapotváltozásokat.

„Az EEG-alapú alfa-hullámok, amelyek a nyugodt ébrenlétet jelzik, meglepő módon szinkronban változtak a fotonjelzésekkel”

– magyarázza Hayley Casey, a tanulmány társszerzője. Amikor a résztvevők becsukták a szemüket, az alfa-aktivitás megnőtt, és ezzel egyidejűleg megváltozott az agy fénye is – egyeseknél erősödött, másoknál csökkent, de mindkét alkalommal ugyanabba az irányba.

Az agy tehát nemcsak elektromosságot termel, hanem fényt is – és ez a fény lehet, hogy új nyelvet adhat nekünk ahhoz, hogy megértsük, mi zajlik az elménkben.

A jövő orvosi eszköze: fotoenkefalográfia?

A jelenlegi agyi diagnosztikai eszközök – mint az MRI, PET vagy infravörös képalkotás – aktívan energiát juttatnak az agyba, majd mérik, mi verődik vissza. Az agy fénye azonban egy teljesen passzív, természetes jel – amit csupán érzékelni kell.

Ezért a kutatók új fogalmat is javasolnak: fotoenkefalográfia. Egy olyan jövőbeli technológiáról van szó, amely a természetes fotonkibocsátás alapján mérheti az agyi anyagcserét, stresszreakciókat, sőt talán betegségeket is.

„Ez a kutatás még csak a kezdet, de már most megmutatta, hogy a fény valóban ott van – és nem véletlenszerűen”

– fogalmaz a kutatócsoport. A következő lépés az, hogy olyan érzékelőket fejlesszenek, amelyek képesek különbséget tenni a különféle fotonforrások – például zöld fényt kibocsátó flavinok vagy vöröses fényű lipofuszcinek – között.

Mit mutat meg a fény?

A kutatók szerint a fénykibocsátás szorosan összefügg az oxidatív anyagcserével: a sejtek energiát termelnek, ezzel együtt reaktív oxigénvegyületek keletkeznek, amelyek gerjesztik a biomolekulákat – ezek pedig visszatérve alapállapotukba fotonokat bocsátanak ki.

Magyarán: a fény nem más, mint az agy anyagcsere-naplója. Egyfajta biokémiai tükör, ami megmutatja, milyen „állapotban van” az agy: termel-e energiát, küzd-e stresszel, vagy éppen regenerálódik.

Ahogyan az EEG forradalmasította az agykutatást a 20. században, majd a funkcionális MRI a ’90-es években, most úgy tűnik, egy új korszak hajnalán állunk: a fény alapú idegtudomány idején.

Lehet, hogy az agyad most is világít…

Bár mi magunk nem látjuk – hacsak nem sci-fi hősök vagyunk – az agyunk belső világa szó szerint ragyog. Ez a halvány fény új ablakot nyithat az idegtudomány és az orvostudomány számára.

A következő nagy kérdés már nem az, hogy világít-e az agy, hanem az, hogy mit árul el rólad a fénye?

(via)

Olvasd el Tudomány rovatunk többi cikkét is!