דמיינו לעצמכם שהמוח שלכם פולט זוהר עדין בחושך, כמו גחלילית זעירה המוסתרת בתוך הגולגולת. זה לא מדע בדיוני - זו תגלית מדעית חדשה שמערערת על ההבנה שלנו לגבי אופן פעולת המוח האנושי. מחקר פורץ דרך שפורסם בכתב העת המדעי iScience חשף כי המוח שלכם אכן פולט אור חלש, ושעוצמת הזוהר הזה משתנה בהתאם למשימות הקוגניטיביות שאתם מבצעים.

תופעת הביופוטונים: כשהחיים יוצרים אור

כל רקמה חיה פולטת זוהר עדין הנקרא "פליטת פוטונים חלשה במיוחד" (UPEs). התופעה הזו נובעת מתהליכים ביוכימיים המתרחשים ברמה התאית - כאשר תאים מייצרים אנרגיה בתהליך הידוע כמטבוליזם, הם יוצרים מולקולות חמצן עם אלקטרונים מעוררים. כשהאלקטרונים הללו חוזרים למצב אנרגיה נמוך יותר, הם פולטים פוטונים באמצעות תהליך הנקרא "דעיכה קרינתית".

החוקרים ידעו על קיומה של התופעה הזו זמן רב. כבר בשנת 1923 הביולוג אלכסנדר גוליווטש גילה שחסימת פוטונים בין שורשי בצל יכולה למנוע את צמיחת הצמח. ממצאים אלו רמזו כי לביופוטונים יש תפקיד בתקשורת תאית ובתהליכי צמיחה.

פריצת דרך: מדידת הזוהר מחוץ לגולגולת

הצוות של ד"ר נירושה מורוגן מאוניברסיטת ווילפריד לורייה באונטריו, קנדה, הצליח לראשונה למדוד ביופוטונים הנפלטים מהמוח האנושי מחוץ לגולגולת. כ-20 משתתפים ישבו בחדר חשוך כשהם חובשים כובעים מצוידים באלקטרודות EEG למדידת הפעילות החשמלית של המוח, ומצוידים גם בצינורות מגבירי פוטונים לזיהוי UPEs.

הגלאים המיוחדים הוצבו מעל שני אזורים במוח: האונות העורפיות האחראיות על עיבוד ראייה, והאונות הרקתיות האחראיות על עיבוד שמיעה. התוצאות היו חד-משמעיות - פוטונים אכן נפלטים מהראש, ואלו לא היו אות רקע אקראי.

מעבדת נוירופוטוניקס

השוואה בזמן אמת: פעילות EEG לעומת פליטת ביופוטונים

פעילות חשמלית - EEG

תדירות אלפא

8.2 Hz

עוצמת אות

45 µV

אזור פעיל

אונה עורפית

מצב קוגניטיבי

עיבוד חזותי

פליטת ביופוטונים

עוצמת פליטה

127 ph/s

אורך גל עיקרי

630 nm

אזור זיהוי

רקתי שמאלי

שינוי מהבסיס

+23%

מתאם בין הפעילויות

בעוד שפעילות ה-EEG מציגה דפוסי גלים קלאסיים של פעילות מוחית, פליטת הביופוטונים מגלה שינויים עדינים הקשורים למעברים קוגניטיביים.

הממצאים מצביעים על קשר מורכב שאינו ישיר בין הפעילות החשמלית לפליטת האור, מה שמעלה שאלות חדשות על תפקיד הביופוטונים בתקשורת עצבית.

הקשר המסתורי בין חשיבה לזוהר

הממצא המרתק ביותר התגלה כאשר החוקרים בדקו כיצד משפיעות משימות קוגניטיביות שונות על עוצמת הזוהר. בניגוד לציפיות, לא נמצא קשר ישיר בין פעילות EEG באזור מסוים במוח לבין עוצמת הביופוטונים הנפלטים מאותו אזור.

עם זאת, החוקרים גילו דפוס מעניין: שינויים בסיגנל UPEs התרחשו רק כאשר המשתתפים החליפו בין משימות קוגניטיביות שונות, כמו פתיחה וסגירה של עיניים. זה מצביע על קשר כלשהו בין עיבוד מידע במוח לבין הביופוטונים הנפלטים ממנו.

שאלות פתוחות ועתיד המחקר

מורוגן מעריכה שייתכן והביופוטונים נספגים או מתפזרים בתוך המוח עצמו, מה שמקשה על גילויים מבחוץ. מייקל גרמליך, ביופיזיקאי מאוניברסיטת אובורן שלא השתתף במחקר, מעיר כי השאלה המרכזית היא האם UPEs הם מנגנון פעיל המשפיע על תהליכים קוגניטיביים, או שמא הם רק מחזקים מנגנונים מסורתיים יותר של קוגניציה.

דניאל רמונדיני מאוניברסיטת בולוניה מעלה שאלה נוספת: עד כמה רחוק יכולים הפוטונים הללו לנוע בתוך רקמה ביולוגית? התשובה עשויה להסביר את היעדר הקשר הברור בין פעילות מוחית לזיהוי פוטונים באזורים שונים.

מהפכה פוטנציאלית בדימוי מוחי

גם אם הזוהר הקבוע של המוח לא ממלא תפקיד בתפקודו, הטכניקה החדשה של מדידת ביופוטונים לצד סיגנלים חשמליים - שהחוקרים מכנים "פוטואנצפלוגרפיה" - עשויה להוות כלי יעיל למדידה לא פולשנית של מצבי מוח. חוקרים באוניברסיטת רוצ'סטר מפתחים בד בבד בדיקות ננומטריות לבירור האם סיבי עצב יכולים להעביר ביופוטונים.

גרמליך חוזה שהטכניקה תהפוך נפוצה בעשורים הקרובים, גם אם התיאוריה על תפקיד UPEs בקוגניציה לא תתברר כנכונה. זוהי עוד הוכחה לכך שהמוח האנושי עדיין מסתיר ממנו סודות רבים, וכל גילוי חדש פותח פתח לשאלות חדשות ומרתקות על טבע התודעה שלנו.

המאמר נכתב בסיוע כלי AI ונערך על ידי עורכת המדור.