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».
