أحدث الأخبار مع #علوم_الفيزياء_الحيوية
الشرق الأوسط
منذ يوم واحد
- صحة
- 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».
سكاي نيوز عربية
منذ يوم واحد
- صحة
- سكاي نيوز عربية
علماء يؤكدون: العقل البشري يولد ضوءً خافتا أثناء التفكير
ويفسر العلماء هذه الظاهرة بما يطلق عليه اسم "الفوتونات الحيوية" وهي جسيمات مضيئة تنبعث كناتج للعمليات الكيميائية الحيوية وتقترن بتوليد الطاقة داخل الخلايا الحية. وكلما زادت كمية الطاقة التي تستهلكها الخلايا، كلما زادت كمية الضوء التي تنبعث من الأنسجة الحية. وفي هذا الإطار، توصل فريق بحثي كندي إلى أن المخ البشري يشع بضوء خافت أثناء عملية التفكير، بل وأن انبعاث الفوتونات الحيوية تتغير طبيعته أثناء أداء العمليات المعرفية المختلفة داخل العقل. ورغم أن العلاقة بين انبعاث هذا الضوء الخافت داخل المخ وبين الأنشطة المعرفية ليست واضحة تماما، يعتقد الباحثون من جامعة ويلفريد لاورير في مدينة أونتاريو الكندية أن تلك الجسيمات المضيئة تلعب دورا مهما في وظائف المخ المختلفة. وتقول رئيسة فريق الدراسة نيروشا موروجان المتخصصة في علوم الفيزياء الحيوية أن علماء معنيين بدراسة الأنسجة الحية، بما في ذلك الخلايا العصبية، رصدوا انبعاثات ضعيفة من الضوء ناجمة عن تكون بضع عشرات إلى عدة مئات من الفوتونات داخل عينات من الأنسجة الحية بحجم سنتيمتر مربع في الثانية الواحدة داخل أوعية الاختبار المعملية. ومنذ القرن الماضي، يعتقد علماء الأحياء أن الجسيمات المضيئة الحيوية تلعب دورا في التواصل بين الخلايا، وفي عام 1923، أثبت العالم الروسي ألكسندر جورويتش أن وضع حواجر لحجب الفوتونات داخل جذور البصل يمنع نمو النبات، وقد أكدت العديد من الدراسات خلال العقود الماضية أن الفوتونات الحيوية تلعب بالفعل دورا في التواصل الخلوي، وتؤثر على نمو وتطور الكائنات الحية. ومن هذا المنطلق، شرعت موروجان وفريقها البحثي في تتبع هذه الظاهرة في العقل البشري وتقصي أسبابها عن طريق قياس كمية الفوتونات التي تبعث من المخ أثناء العمل. وفي إطار التجربة التي نشرتها الدورية العلمية iScience، ارتدى عشرون متطوعا أغطية رأس مزودة بأقطاب لتسجيل النشاط الكهربائي للمخ، وتثبيت أنابيب خاصة على الرأس لتضخيم أي انبعاث للجسيمات الضوئية أثناء التفكير، مما يتيح إمكانية رصدها. ووجد الباحثون أن عناقيد الفوتونات المضيئة تتركز في منطقتين أساسيتين من المخ وهما الفصوص القذالية في الجزء الخلفي من الرأس، وهي المنطقة المسؤولة عن معالجة الصور البصرية داخل المخ، وفي الفصوص الصدغية على جانبي الرأس، وهي الجزء المسؤول عن معالجة الأصوات. وحسبما قالت موروجان في تصريحات للموقع الإلكتروني "ساينتفيك أميركان" المتخصص في الأبحاث العلمية فإن "أول نتيجة لهذه التجربة هي أن الفوتونات تنبعث فعلا من المخ، وتحدث هذه العملية بشكل مستقل، وهي ليست خداع بصري ولا عملية عشوائية". واتجهت موروجان 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. كذلك وجد الباحثون أن التغيرات في كمية الجسيمات المضيئة ترتبط بتغير الوظيفة المعرفية التي يقوم بها المخ، مثلما ما يحدث عند إغلاق العين ثم فتحها مرة أخرى على سبيل المثال، وهو ما يشير إلى وجود علاقة ما بين التحولات في العمليات المعرفية التي يقوم بها العقل وبين كميات الفوتونات الحيوية التي تنبعث منه. تساؤلات وغموض وتطرح هذه التجربة مزيدا من التساؤلات بشأن الدور الذي تقوم به الجسيمات المضيئة داخل العقل. وصرّح مايكل جرامليش أخصائي الفيزياء الحيوية في جامعة أوبورن بولاية ألاباما الأميركية لموقع "أميركان ساينتفيك" قائلا: "أعتقد أنه مازال هناك الكثير من أوجه الغموض التي يتعين سبر أغوارها، ولكن السؤال الجوهري هو هل تمثل الجسيمات المضيئة لية نشطة لتغيير النشاط العقلي، أم أن دورها يقتصر على تعزيز ليات 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 موروجان 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. وحول ذلك قال جرامليش: "أعتقد 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".
