Тепловой след деятельности мозга

Лазерная «подпитка» – накачка электрона металла (желтый справа вверху). В результате инфракрасный свет (Infrared) конвертируется в видимый (Visible).

Человек вида Homo sapiens относится к теплокровным животным. Клетки теплокровных имеют «вторгшиеся» в них в процессе эволюции микробы (митохондрии), отдавшие большую часть своих генов клетке-хозяину. Зато оставшиеся «в собственности» 15 или 16 микробных генов «эксплуатируются» на полную мощность – генерируют химическую энергию в виде молекул АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты). При достаточном ее количестве в митохондриях включается ген белка (UCP – UnCoupled Protein), блокирующий производство химической и тепловой энергии.

А дальше, на макроуровне, вступает в действие симпатическая нервная система, нейроны которой выделяют норадреналин. Про адреналин знают практически все. Известно про его действие на мышцы, при сокращении которых действие UCP приводит к подъему температуры, который компенсируется потоотделением. Генерированию тепла способствует и окисление жира в красной жировой ткани (BAT – Brown Adipose Tissue).

Свое начало симпатическая, или автономная нервная система – действующая во многом автономно от нашего сознания и поддерживающая дыхание и сердцебиение во сне – берет в гипоталамусе, расположенном в мозге под зрительным бугром (Thalamus). Таламус – центр наших основных инстинктов и отвечает за поддержание постоянной температуры тела.

Специалисты университета в г. Цинциннати (США) выяснили, что нейроны в глубине мозга имеют вещество опсин, улавливающее световые сигналы (в сетчатке глаза это – родопсин). Выяснилось, что у лабораторных мышей фиолетовый свет «включает» опсин, который подавляет сжигание жира в клетках ВАТ.

Биология теплокровности очень интересна, но овладение ее молекулярными механизмами – задача будущего. Это может оказаться полезным при введении космонавтов, совершающих длительный полет, в анабиоз, или при лечении замерзших и обмороженных, а также при сбивании температуры при разного рода воспалениях и вирусных атаках. Инженеров же и производителей электронной техники волнует проблема охлаждения гаджетов. Именно нерешенность этой проблемы не дает делать электронные устройства толщиной в бумажный лист.

Металлизированная нанополоска графена шириной 1,4–1,6 нм, проводящая электроны.  Иллюстрации Physorg

В Политехническом училище Лозанны (Швейцария) решали несколько иную задачу, связанную с более эффективном видением инфракрасного излучения. Можно заметить, что если бы Герберт Уэллс писал свой роман «Человек-невидимка» сегодня, то фантасту надо было бы обойти проблему приборов ночного видения. К сожалению, они дороги, громоздки и дают весьма расплывчатую картинку. Швейцарцы отталкивались в своей работе от того, что инфракрасные лучи суть те же электромагнитные колебания, что и видимый свет. Поэтому они сконцентрировали инфракрасный свет на гибридных металл-молекулярных наноструктурах. Тем самым – пусть и слабо в силу низкой энергии – возбуждались вибрации электронов в металле. После этого с помощью воздействия лазерного излучения длина волны снижалась (увеличилась частота). То есть произошла конверсия красного света в видимый.

Статья ученых в журнале Physical Review X называется «Молекулярная платформа для повышенной конверсии энергетического уровня одиночного фотона». Авторы отмечают, что их идея проста и технологически удобна для широкомасштабного производства новых детекторов инфракрасного излучения. Вполне возможно, что с их помощью в недалеком будущем можно будет снимать тепловые карты мозга и других органов и тканей тела, что очень важно для определения обмена веществ. Можно будет и детальнее исследовать функцию митохондрий, нарушения в которых приводят к неизлечимым сегодня заболеваниям и отклонениям в развитии.