Wissenschaftler haben herausgefunden, dass das menschliche Gehirn schwache Lichtsignale aussendet, die unabhängig von der äußeren Beleuchtung registriert werden können.
Wissenschaftler haben herausgefunden, wie genau diese Signale mit dem mentalen Zustand zusammenhängen und ob sie zur Überwachung der Gehirnaktivität genutzt werden können. Die Ergebnisse der Studie wurden in der Fachzeitschrift iScience veröffentlicht.
Alle lebenden Gewebe emittieren während des Stoffwechsels sehr schwache Photonenstrahlung. Dieses Licht ist nicht mit der Biolumineszenz vergleichbar, bei der Licht als Ergebnis chemischer Reaktionen emittiert wird.
Bei ultraschwacher Photonenstrahlung entsteht Licht beim Übergang von Molekülen von einem angeregten in einen ruhigeren Zustand und seine Intensität ist extrem gering – etwa eine Million Mal schwächer als das für das Auge sichtbare Licht.
Das Gehirn gibt mehr dieser Strahlung ab als andere Organe, was auf seinen hohen Energieverbrauch und das Vorhandensein von Molekülen zurückzuführen ist, die Licht absorbieren und emittieren können.
Ein Forscherteam der Algoma University, der Tufts University und der Wilfrid Laurier University untersuchte die Möglichkeit, diese schwachen Lichtsignale zur Überwachung der Gehirnaktivität zu nutzen. Im Gegensatz zu bestehenden Methoden wie MRT oder Infrarotspektroskopie erfordert die Messung der ultraschwachen Photonenemission (UPE) keine Bestrahlung des Gehirns.
An dem Experiment nahmen 20 gesunde Erwachsene teil. In einem dunklen Raum wurden mithilfe von Photomultipliern Lichtsignale im Hinterkopf- und Schläfenbereich aufgezeichnet und die elektrische Aktivität des Gehirns mittels Elektroenzephalographie (EEG) gemessen. Die Teilnehmer führten einfache Aufgaben aus: Sie saßen mit offenen und geschlossenen Augen da und lauschten Tonsignalen.
Die Ergebnisse zeigten, dass sich das vom Gehirn emittierte Licht in seiner Variabilität und Frequenzzusammensetzung vom Hintergrund unterschied. Die Signale wiesen charakteristische langsame Schwingungen mit einer Frequenz von weniger als 1 Hz auf, die besonders im Hinterkopfbereich auffielen.
Bei einer Zustandsänderung, beispielsweise beim Schließen der Augen, stabilisierten und veränderten sich die UPE-Indikatoren, was auf einen Zusammenhang mit internen Gehirnprozessen hindeutet. Die Richtung der Veränderungen variierte jedoch bei den Teilnehmern.
Beim Vergleich der Photonenstrahlung mit elektrischen Rhythmen des Gehirns wurde eine schwache Korrelation festgestellt. Alpha-Rhythmen, die mit einem entspannten Zustand verbunden und bei geschlossenen Augen verstärkt sind, zeigten einen Zusammenhang mit UPE im Hinterkopfbereich, jedoch nur in diesem Zustand.
Ähnliche Zusammenhänge wurden bei der Schallstimulation im Schläfenbereich festgestellt, sie waren jedoch unbedeutend.
Die Autoren der Studie weisen darauf hin, dass die Arbeit einige Einschränkungen aufweist: Eine kleine Stichprobengröße, eine begrenzte Anzahl von Sensoren und ein breites Spektrum aufgezeichneter Wellenlängen erschweren eine präzisere Analyse.
Um die Ergebnisse zu verbessern, ist es notwendig, die Anzahl der Sensoren zu erhöhen und speziellere Filter zu verwenden. Dies wird dazu beitragen, die Strahlungsquellen besser zu lokalisieren und zu verstehen, welche Gehirnzellen am Prozess beteiligt sind.
Darüber hinaus soll untersucht werden, wie sich diese Lichtsignale in anderen Körpergeweben manifestieren und wie sie von Alter, Geschlecht und Gesundheitszustand beeinflusst werden. Maschinelles Lernen und neue Bildgebungsverfahren könnten helfen, UPE-Muster zu entschlüsseln und sie zur Diagnose und Überwachung von Hirnerkrankungen zu nutzen.
Die Forscher glauben, dass die Photoenzephalographie, die auf der Messung ultraschwacher Photonenstrahlung basiert, ein neues nicht-invasives Instrument zur Untersuchung des Gehirns mit hoher zeitlicher Auflösung werden könnte.
Es ermöglicht die Verfolgung von Stoffwechselprozessen, die mit oxidativem Stress verbunden sind, und könnte möglicherweise in der klinischen Praxis Anwendung finden.
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