Molti organismi viventi possiedono la capacità di bioluminescenza, ovvero l’emissione di luce visibile. Sebbene l’uomo non sia tipicamente classificato tra le specie bioluminescenti, la ricerca ha rivelato la presenza di emissioni ultra-deboli di fotoni (UPE) dal corpo umano, rilevabili fin dai primi studi nel 1923.
Queste emissioni, sebbene troppo deboli per essere percepite dall’occhio umano, sono indicative di processi biologici endogeni che persistono dalla concezione alla senescenza.
Il campo di studio dei biofotoni rappresenta un’area controversa ma promettente, suggerendo che queste emissioni possano fungere da indicatori non invasivi dello stato fisiologico interno.
Analisi dell’UPE cerebrale e la proposta della fotoencefalografia
Uno studio recente, condotto da un team di ricercatori guidato dalla biologa Hayley Casey dell’Università di Algoma, Canada, si è concentrato specificamente sull’UPE emessa dal cervello umano.
Utilizzando metodologie avanzate, i ricercatori hanno registrato l’emissione luminescente ultra-debole proveniente dal cervello attraverso l’osso cranico intatto e hanno osservato una correlazione tra queste emissioni e l’attività neuronale.
Questo ha portato alla proposta di una nuova tecnica diagnostica, denominata fotoencefalografia, per la valutazione non invasiva della salute cerebrale.
Come descritto dagli autori nel loro articolo: “Come prima dimostrazione pratica che le emissioni di fotoni ultradeboli (UPE) dal cervello umano possono servire come indicatori per tracciare gli stati funzionali, abbiamo misurato e caratterizzato il conteggio dei fotoni sopra le teste dei partecipanti mentre riposavano o erano impegnati in un compito di percezione uditiva”.
Lo studio ha dimostrato che i segnali UPE di origine cerebrale sono distinguibili dal rumore di fondo dei fotoni e che il conteggio UPE può raggiungere un valore stabile in relazione a compiti cognitivi specifici.
Meccanismi fisiologici dell’UPE e distinzione dalla radiazione termica
È fondamentale distinguere l’UPE dalla radiazione termica, un fenomeno universale in cui tutti gli oggetti con una temperatura superiore allo zero assoluto emettono radiazioni infrarosse.
Le UPE, al contrario, sono emesse in bande di lunghezza d’onda che variano dal quasi visibile al visibile e sono il risultato dell’emissione di fotoni da parte degli elettroni che subiscono perdite di energia, un normale sottoprodotto del metabolismo cellulare.
Casey e il suo team hanno mirato a differenziare in modo conclusivo le UPE di origine cerebrale dalla radiazione di fondo e a stabilire se queste emissioni presentano schemi coerenti con diversi livelli di attività cerebrale.
Metodologia sperimentale e risultati
La ricerca è stata condotta in un ambiente controllato e oscurato. I partecipanti sono stati dotati di una cuffia per elettroencefalografia (EEG) per monitorare l’attività cerebrale simultaneamente all’acquisizione dell’UPE.
Per la rilevazione delle emissioni luminose, sono stati impiegati tubi fotomoltiplicatori (PMT), dispositivi estremamente sensibili capaci di rilevare anche i segnali luminosi più deboli.
I partecipanti sono stati esaminati in due condizioni distinte: a riposo e durante l’esecuzione di compiti acustici (per consentire lo svolgimento in assenza di luce).
I risultati hanno non solo confermato la rilevabilità delle UPE dall’esterno del cranio, ma hanno anche evidenziato una chiara correlazione tra l’intensità dell’UPE e l’attività cerebrale registrata dall’EEG.
Prospettive future e implicazioni cliniche
Gli autori suggeriscono che la ricerca futura dovrebbe esplorare come la neuroanatomia possa influenzare l’emissione di UPE e come diverse attività cognitive si manifestino in specifici schemi di UPE, andando oltre la semplice distinzione tra stati di riposo e attività.
Inoltre, è necessario indagare se ogni individuo possieda una “impronta digitale” UPE unica che potrebbe servire da linea di base per identificare attività cerebrali anomale.
Come concluso dagli autori nel loro articolo pubblicato su Current Biology: “Consideriamo i risultati attuali una dimostrazione pratica che i modelli dei segnali UPE derivati dal cervello umano possono essere distinti dai segnali della luce di fondo in ambienti bui, nonostante un’intensità del segnale relativa molto bassa”.
Progetti futuri potrebbero concentrarsi sull’utilizzo di filtri e amplificatori specifici per ottimizzare il rilevamento e l’analisi delle caratteristiche del segnale UPE sia in cervelli sani che patologici.