研究表明，人腦每天需要的能量大概與一只“白熾燈泡”的耗能相當(dāng)，但其容量相當(dāng)于9500萬(wàn)塊8TB硬盤(pán)。這就引出一系列有趣的問(wèn)題：如此低功耗的大腦為什么能夠?qū)崿F(xiàn)這么高效而復(fù)雜的功能？為什么大腦需要睡眠？大腦中形成記憶、意識(shí)的最小單位和物質(zhì)基礎(chǔ)是什么？在全球腦科學(xué)研究的浪潮中，中國(guó)科研人員找到了一個(gè)突破口。

3月1日，美國(guó)科學(xué)院院報(bào)《PNAS》在線發(fā)表了題為《通過(guò)中紅外刺激實(shí)現(xiàn)神經(jīng)信號(hào)與動(dòng)物行為的非熱、可逆調(diào)控》的論文，首次從理論和實(shí)驗(yàn)雙重角度發(fā)現(xiàn)并提出了神經(jīng)信號(hào)和腦功能調(diào)控的新機(jī)制和新策略，在學(xué)界引起了強(qiáng)烈反響。

美國(guó)科學(xué)院院報(bào)《PNAS》

這一成果由上海理工大學(xué)未來(lái)光學(xué)實(shí)驗(yàn)室宋波課題組聯(lián)合復(fù)旦大學(xué)舒友生課題組、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)溫泉課題組、國(guó)防科技創(chuàng)新研究院常超課題組、中科院化學(xué)所毛蘭群課題組共同完成。北京師范大學(xué)博士生劉熹、西安交通大學(xué)博士生喬智、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士生柴宇明、上海理工大學(xué)朱智博士為共同第一作者?！斑@項(xiàng)研究成果顛覆了以往人們對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，提出了一種全新的神經(jīng)信號(hào)調(diào)控原理，有望為治療老年癡呆癥、帕金森癥等神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)疾病提供新思路，并且可推動(dòng)類腦人工智能、化學(xué)化工、材料器件設(shè)計(jì)、能源存儲(chǔ)轉(zhuǎn)化等領(lǐng)域的發(fā)展。”宋波教授說(shuō)。

目前，多種神經(jīng)調(diào)控方法已經(jīng)用于臨床治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病，包括深部腦刺激、跨顱直流電刺激、跨顱磁刺激等。其中，近紅外光刺激作為一種重要的神經(jīng)調(diào)控策略，常用于腦功能的研究，但近紅外光在調(diào)節(jié)過(guò)程中可能產(chǎn)生過(guò)量的熱，損傷附近的細(xì)胞和組織，導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能出現(xiàn)異常等副作用，不夠安全可靠。

宋波教授和朱智博士。上海理工大學(xué)供圖

宋波團(tuán)隊(duì)與合作團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)近5年的深入研究，最終從量子光學(xué)領(lǐng)域找到了解決方法。這項(xiàng)跨量子物理、分子生物學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)、行為學(xué)等多個(gè)學(xué)科的研究成果，被同行認(rèn)為是‘從0到1’的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，可為腦科學(xué)發(fā)展提供嶄新的理論基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。“研究顯示，生物體內(nèi)存在可發(fā)射特征頻率中遠(yuǎn)紅外光的光源，其發(fā)射出的光子可高效驅(qū)動(dòng)細(xì)胞內(nèi)的生化反應(yīng)、生理活動(dòng)。于是，我們采用中遠(yuǎn)紅外光（即高頻太赫茲光）來(lái)照射神經(jīng)細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)了高選擇性、可逆地共振調(diào)控神經(jīng)元細(xì)胞膜上離子通道的活動(dòng)，進(jìn)而影響動(dòng)物的行為。該方法對(duì)頻率具有高度的依賴性，表明這是一種全新的‘非熱’機(jī)制?！敝熘遣┦拷忉尩?。

以此成果為基礎(chǔ)，宋波教授課題組將繼續(xù)探索腦科學(xué)的新機(jī)理、新構(gòu)架，并聯(lián)合類腦人工智能、化學(xué)、化工、材料、能源等方面的專家，進(jìn)一步深入開(kāi)發(fā)腦科學(xué)啟發(fā)的新方案、新技術(shù)。

來(lái)源：人民日?qǐng)?bào)  記者：姜泓冰

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