كشفُ سرّ الضوء الخافت الذي يشعّ من الدماغ

الضوء سرّ من أسرار الحياة، وعنصر رئيسي في استمرارية مختلف الأنظمة البيئية على الأرض، حتى إنّ بعض الكائنات الحيّة مثل الديدان والأسماك تشعّ ضوءاً من تلقائها. ويُفسّر العلماء هذه الظاهرة بما يُطلق عليه اسم «الفوتونات الحيوية»، وهي جسيمات مضيئة تنبعث نتيجة للعمليات الكيميائية الحيويّة، وتقترن بتوليد الطاقة داخل الخلايا الحيّة. وكلما زادت كمية الطاقة التي تستهلكها الخلايا، ازدادت كمية الضوء المنبعثة من الأنسجة الحيّة.
في هذا السياق، توصّل فريق بحثي كندي إلى أنَّ المخّ البشري يشعّ ضوءاً خافتاً خلال عملية التفكير، وطبيعة انبعاث الفوتونات الحيويّة تتغيّر في أثناء أداء العمليات المعرفية المختلفة داخل العقل. ورغم أنَّ العلاقة بين انبعاث هذا الضوء الخافت في المخّ وبين الأنشطة المعرفية لا تزال غير واضحة تماماً، يعتقد باحثون من جامعة ويلفريد لاورير في مدينة أونتاريو الكندية أنّ هذه الجسيمات المضيئة تلعب دوراً مهماً في وظائف المخّ المتعدّدة.
ونقلت «وكالة الأنباء الألمانية» عن رئيسة فريق الدراسة نيروشا موروغان، المتخصّصة في علوم الفيزياء الحيويّة، قولها إنّ علماء معنيين بدراسة الأنسجة الحيّة، بما فيها الخلايا العصبيّة، رصدوا انبعاثات ضعيفة من الضوء ناجمة عن تولّد بضع عشرات إلى مئات عدّة من الفوتونات داخل عيّنات من الأنسجة الحيّة بحجم سنتيمتر مربع في الثانية الواحدة، وذلك ضمن أوعية الاختبار المعملية.
ومنذ القرن الماضي، يُعتقد أنّ الفوتونات الحيويّة تلعب دوراً في التواصل بين الخلايا. فعام 1923، أثبت العالم الروسي ألكسندر غورويتش أنَّ وضع حواجز لحجب الفوتونات داخل جذور البصل يمنع نمو النبات. وقد أكدت دراسات عدّة خلال العقود الماضية أنّ هذه الجسيمات الضوئية تؤثر في نمو الكائنات الحيّة وتطوّرها.
وانطلاقاً من ذلك، بدأت موروغان وفريقها البحثي بتتبّع هذه الظاهرة في العقل البشري، وتقصّي أسبابها عبر قياس كمية الفوتونات التي يبعثها المخّ خلال العمل. وفي إطار التجربة التي نُشرت في الدورية العلمية «آي ساينس»، ارتدى 20 متطوّعاً أغطية رأس مزوّدة بأقطاب لتسجيل النشاط الكهربائي للمخّ، بالإضافة إلى تثبيت أنابيب خاصة على الرأس لتضخيم أيّ انبعاث ضوئي خلال التفكير، ما أتاح إمكان رصد هذه الانبعاثات.
ووجد الباحثون أنّ عناقيد الفوتونات المضيئة تتركّز في منطقتين أساسيتين من المخّ: الفصوص القذالية في الجزء الخلفي من الرأس، وهي المنطقة المسؤولة عن معالجة الصور البصرية؛ والفصوص الصدغية على جانبي الرأس، وهي الجزء المعنيّ بمعالجة الأصوات. وتقول موروغان لموقع «ساينتيفيك أميركان» المتخصّص في البحوث العلمية: «أول نتيجة لهذه التجربة هي أنّ الفوتونات تنبعث فعلاً من المخّ، وتحدُث هذه العملية بشكل مستقلّ، وليست خداعاً بصرياً ولا عملية عشوائية».
بعد ذلك، اتجهت موروغان إلى قياس ما إذا كانت كثافة هذه الانبعاثات تتغيَّر مع اختلاف العملية المعرفية التي ينخرط فيها المخّ. ونظراً إلى أنّ المخ عضو شرِه في استهلاك الطاقة، افترضت أنَّ كثافة الفوتونات المنبعثة ستزداد كلما شارك في أنشطة معرفية تتطلَّب طاقة أكبر، مثل معالجة الصور البصرية.
ووجد الباحثون أنّ التغيرات في كمية الجسيمات المضيئة ترتبط بتغيُّر الوظائف المعرفية التي يؤدّيها المخّ، كما يحدُث عند إغلاق العين ثم فتحها مجدداً، ما يشير إلى وجود علاقة ما بين التحوّلات الذهنية وكميات الفوتونات الحيويّة المنبعثة من العقل.
وتطرح هذه التجربة مزيداً من التساؤلات بشأن الدور الذي تؤدّيه الفوتونات المضيئة داخل المخّ. ويقول اختصاصي الفيزياء الحيويّة في جامعة أوبورن بولاية ألاباما الأميركية، مايكل غرامليش، لموقع «ساينتيفيك أميركان»: «أعتقد أنّ ثمة كثيراً من أوجه الغموض التي لا تزال تنتظر التفسير، لكن السؤال الجوهري هو: هل تمثّل الجسيمات المضيئة آلية نشطة لتغيير النشاط العقلي؟ أم أنّ دورها يقتصر على تعزيز آليات التفكير التقليدية؟».
ويتساءل اختصاصي الفيزياء الحيوية في جامعة بولونيا الإيطالية، الباحث دانيل ريمونديني، عن المسافة التي يمكن أن تقطعها الفوتونات الحيوية داخل الأنسجة الحيّة، إذ إنّ الإجابة على هذا السؤال قد تُضيء على العلاقة بين الوظائف العقلية وانبعاث الضوء في مناطق مختلفة من المخّ.
وتسعى موروغان وفريقها إلى استخدام أجهزة استشعار دقيقة لرصد مصدر انبعاث الفوتونات داخل المخّ. في هذا الإطار، يعمل فريق بحثي من جامعة روشستر في نيويورك على تطوير مسبارات متناهية الصغر لتحديد ما إذا كانت الألياف العصبية في الدماغ تنتج هذه الجسيمات المضيئة.
وبصرف النظر عمّا إذا كان هذا الضوء الخافت الذي ينبعث بانتظام من المخّ مرتبطاً بوظائف عقلية أم لا، فإنّ تقنية قياس حجم الفوتونات الحيويّة المضيئة وعلاقتها بالإشارات الكهربائية للمخ، والمعروفة باسم «Photoencephalography»، قد تُصبح يوماً ما وسيلة فعّالة لعلاج اضطرابات الدماغ بطرق غير تدخّلية.
يختم غرامليش: «أعتقد أنّ هذه التقنية ستُعمَّم على نطاق واسع خلال العقود المقبلة، حتى وإن لم تُثبَت النظرية المتعلّقة بدور الفوتونات في دعم الأنشطة العقلية».

جرب ميزات الذكاء الاصطناعي لدينا

اكتشف ما يمكن أن يفعله Daily8 AI من أجلك:

التعلم مع الذكاء الاصطناعيالتحقق من الحقائقتحويل النص إلى كلامملخص الذكاء الاصطناعي

أخبار ذات صلة

الشرق الأوسط

منذ 8 ساعات

• الشرق الأوسط

كشفُ سرّ الضوء الخافت الذي يشعّ من الدماغ

الضوء سرّ من أسرار الحياة، وعنصر رئيسي في استمرارية مختلف الأنظمة البيئية على الأرض، حتى إنّ بعض الكائنات الحيّة مثل الديدان والأسماك تشعّ ضوءاً من تلقائها. ويُفسّر العلماء هذه الظاهرة بما يُطلق عليه اسم «الفوتونات الحيوية»، وهي جسيمات مضيئة تنبعث نتيجة للعمليات الكيميائية الحيويّة، وتقترن بتوليد الطاقة داخل الخلايا الحيّة. وكلما زادت كمية الطاقة التي تستهلكها الخلايا، ازدادت كمية الضوء المنبعثة من الأنسجة الحيّة. في هذا السياق، توصّل فريق بحثي كندي إلى أنَّ المخّ البشري يشعّ ضوءاً خافتاً خلال عملية التفكير، وطبيعة انبعاث الفوتونات الحيويّة تتغيّر في أثناء أداء العمليات المعرفية المختلفة داخل العقل. ورغم أنَّ العلاقة بين انبعاث هذا الضوء الخافت في المخّ وبين الأنشطة المعرفية لا تزال غير واضحة تماماً، يعتقد باحثون من جامعة ويلفريد لاورير في مدينة أونتاريو الكندية أنّ هذه الجسيمات المضيئة تلعب دوراً مهماً في وظائف المخّ المتعدّدة. ونقلت «وكالة الأنباء الألمانية» عن رئيسة فريق الدراسة نيروشا موروغان، المتخصّصة في علوم الفيزياء الحيويّة، قولها إنّ علماء معنيين بدراسة الأنسجة الحيّة، بما فيها الخلايا العصبيّة، رصدوا انبعاثات ضعيفة من الضوء ناجمة عن تولّد بضع عشرات إلى مئات عدّة من الفوتونات داخل عيّنات من الأنسجة الحيّة بحجم سنتيمتر مربع في الثانية الواحدة، وذلك ضمن أوعية الاختبار المعملية. ومنذ القرن الماضي، يُعتقد أنّ الفوتونات الحيويّة تلعب دوراً في التواصل بين الخلايا. فعام 1923، أثبت العالم الروسي ألكسندر غورويتش أنَّ وضع حواجز لحجب الفوتونات داخل جذور البصل يمنع نمو النبات. وقد أكدت دراسات عدّة خلال العقود الماضية أنّ هذه الجسيمات الضوئية تؤثر في نمو الكائنات الحيّة وتطوّرها. وانطلاقاً من ذلك، بدأت موروغان وفريقها البحثي بتتبّع هذه الظاهرة في العقل البشري، وتقصّي أسبابها عبر قياس كمية الفوتونات التي يبعثها المخّ خلال العمل. وفي إطار التجربة التي نُشرت في الدورية العلمية «آي ساينس»، ارتدى 20 متطوّعاً أغطية رأس مزوّدة بأقطاب لتسجيل النشاط الكهربائي للمخّ، بالإضافة إلى تثبيت أنابيب خاصة على الرأس لتضخيم أيّ انبعاث ضوئي خلال التفكير، ما أتاح إمكان رصد هذه الانبعاثات. ووجد الباحثون أنّ عناقيد الفوتونات المضيئة تتركّز في منطقتين أساسيتين من المخّ: الفصوص القذالية في الجزء الخلفي من الرأس، وهي المنطقة المسؤولة عن معالجة الصور البصرية؛ والفصوص الصدغية على جانبي الرأس، وهي الجزء المعنيّ بمعالجة الأصوات. وتقول موروغان لموقع «ساينتيفيك أميركان» المتخصّص في البحوث العلمية: «أول نتيجة لهذه التجربة هي أنّ الفوتونات تنبعث فعلاً من المخّ، وتحدُث هذه العملية بشكل مستقلّ، وليست خداعاً بصرياً ولا عملية عشوائية». بعد ذلك، اتجهت موروغان إلى قياس ما إذا كانت كثافة هذه الانبعاثات تتغيَّر مع اختلاف العملية المعرفية التي ينخرط فيها المخّ. ونظراً إلى أنّ المخ عضو شرِه في استهلاك الطاقة، افترضت أنَّ كثافة الفوتونات المنبعثة ستزداد كلما شارك في أنشطة معرفية تتطلَّب طاقة أكبر، مثل معالجة الصور البصرية. ووجد الباحثون أنّ التغيرات في كمية الجسيمات المضيئة ترتبط بتغيُّر الوظائف المعرفية التي يؤدّيها المخّ، كما يحدُث عند إغلاق العين ثم فتحها مجدداً، ما يشير إلى وجود علاقة ما بين التحوّلات الذهنية وكميات الفوتونات الحيويّة المنبعثة من العقل. وتطرح هذه التجربة مزيداً من التساؤلات بشأن الدور الذي تؤدّيه الفوتونات المضيئة داخل المخّ. ويقول اختصاصي الفيزياء الحيويّة في جامعة أوبورن بولاية ألاباما الأميركية، مايكل غرامليش، لموقع «ساينتيفيك أميركان»: «أعتقد أنّ ثمة كثيراً من أوجه الغموض التي لا تزال تنتظر التفسير، لكن السؤال الجوهري هو: هل تمثّل الجسيمات المضيئة آلية نشطة لتغيير النشاط العقلي؟ أم أنّ دورها يقتصر على تعزيز آليات التفكير التقليدية؟». ويتساءل اختصاصي الفيزياء الحيوية في جامعة بولونيا الإيطالية، الباحث دانيل ريمونديني، عن المسافة التي يمكن أن تقطعها الفوتونات الحيوية داخل الأنسجة الحيّة، إذ إنّ الإجابة على هذا السؤال قد تُضيء على العلاقة بين الوظائف العقلية وانبعاث الضوء في مناطق مختلفة من المخّ. وتسعى موروغان وفريقها إلى استخدام أجهزة استشعار دقيقة لرصد مصدر انبعاث الفوتونات داخل المخّ. في هذا الإطار، يعمل فريق بحثي من جامعة روشستر في نيويورك على تطوير مسبارات متناهية الصغر لتحديد ما إذا كانت الألياف العصبية في الدماغ تنتج هذه الجسيمات المضيئة. وبصرف النظر عمّا إذا كان هذا الضوء الخافت الذي ينبعث بانتظام من المخّ مرتبطاً بوظائف عقلية أم لا، فإنّ تقنية قياس حجم الفوتونات الحيويّة المضيئة وعلاقتها بالإشارات الكهربائية للمخ، والمعروفة باسم «Photoencephalography»، قد تُصبح يوماً ما وسيلة فعّالة لعلاج اضطرابات الدماغ بطرق غير تدخّلية. يختم غرامليش: «أعتقد أنّ هذه التقنية ستُعمَّم على نطاق واسع خلال العقود المقبلة، حتى وإن لم تُثبَت النظرية المتعلّقة بدور الفوتونات في دعم الأنشطة العقلية».

الشرق الأوسط

منذ يوم واحد

• الشرق الأوسط

صخور كندية عمرها 4.16 مليار سنة شاهدة على ولادة الكوكب

حدَّد العلماء ما قد يكون أقدم صخور على كوكب الأرض، وذلك في تكوينٍ صخري يقع في كندا. فمنذ زمن طويل، عُرفت صخور «حزام نوفواغيتوك غرينستون» بقِدمها الشديد، وهي سهول من الحجر الرمادي المخطَّط تقع على الشاطئ الشرقي لخليج هدسون في مقاطعة كيبيك الكندية. لكنّ الباحثين لم يتّفقوا على عمرها الدقيق. ووفق وكالة «أسوشييتد برس»، تشير بحوث تعود إلى عقدين من الزمن إلى أنّ هذه الصخور قد يبلغ عمرها 4.3 مليار سنة، مما يضعها ضمن أقدم فترات في تاريخ الأرض. غير أنَّ علماء آخرين، باستخدام تقنية تأريخ مختلفة، شكَّكوا في هذه النتائج، مشيرين إلى أنّ ملوّثات قديمة أثّرت في دقة التقديرات، وأنَّ العمر الفعلي أقرب إلى 3.8 مليار سنة. في الدراسة الجديدة، أخذ الباحثون عيّنة من جزء مختلف من التكوين الصخري عينه، وقدَّروا عمرها باستخدام الطريقتين السابقتين، عبر قياس كيفية تحلُّل عنصر مشعّ إلى عنصر آخر بمرور الزمن. وأظهرت النتيجة أنَّ عمر الصخور يقارب 4.16 مليار سنة. ذاكرة الكوكب (رويترز) وقال المؤلِّف الرئيسي للدراسة، جوناثان أونيل من جامعة أوتاوا: «الطريقتان أعطتا نتيجة واحدة تماماً»؛ وقد نُشرت الدراسة في مجلّة «ساينس» العلمية. تشكلت الأرض قبل نحو 4.5 مليار سنة من سحابة منهارة من الغبار والغاز عقب تشكُّل النظام الشمسي. وغالباً ما تُذاب الصخور البدائية ويُعاد تدويرها بفعل حركة الصفائح التكتونية الأرضية، مما يجعل وجودها على سطح الأرض اليوم نادراً جداً. وعثر العلماء على صخور يعود عمرها إلى 4 مليارات سنة في تكوين كندي آخر يُعرف باسم مجمّع «أكاستا النيس»، لكن من المحتمل أن تكون صخور «نوفواغيتوك» أقدم من ذلك. قد تُتيح دراسة صخور من أقدم فترات الأرض لمحة عن شكل الكوكب آنذاك، وكيف تحوّلت محيطات الحمم البركانية إلى صفائح تكتونية. وقال الأستاذ بجامعة أيوا، مارك ريغان، وهو باحث في البراكين والصخور البركانية ولم يشارك في الدراسة:«أن تمتلك عيّنة مما كان يحدث على الأرض في ذلك الزمان البعيد هو أمر ذو قيمة كبيرة». العلماء يقتربون من أقدم صخور الكوكب (رويترز) يقع هذا التكوين الصخري على أراضٍ تابعة لقبيلة «إنوكجواك»، وقد فرض شعب السكان الأصليين (الإنويت) قيوداً مؤقتة على أخذ عيّنات من الموقع، نتيجة الأضرار التي لحقت بالمكان خلال زيارات سابقة للعلماء. وقال تومي باليسر، الذي يدير الأرض من خلال مؤسّسة «بيتوفيك»، إن زيارات بعض الجيولوجيين للموقع أدّت إلى اقتطاع أجزاء كبيرة من الصخور، وقد لاحظت الجالية وجود بعض هذه القطع معروضة للبيع عبر الإنترنت. وأوضح باليسر، وهو أحد أبناء المنطقة: «ثمة اهتمام كبير بهذه الصخور، ونحن نتفهّم ذلك، لكننا فقط لا نريد مزيداً من الضرر». وتسعى الجالية الإنويتية إلى التعاون مع العلماء لإنشاء حديقة إقليمية تحمي الأرض، مع السماح بإجراء بحوث علمية فيها.

العربية

منذ يوم واحد

• العربية

علماء يحاولون تفسير سر ضوء خافت يشع من العقل البشري أثناء التفكير

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. 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".