红外线可激活心脏细胞和耳细胞

科学家利用红外线使小鼠的心脏细胞产生了收缩，并且还能使蟾鱼的内耳细胞向大脑发送信号。未来这一发现将会被用来改善耳蜗植入的效果，还可以设计一些装置恢复视力、维持平衡和治疗运动障碍疾病。

　　美国犹他大学的科学家利用红外线使小鼠的心脏细胞产生了收缩，并且还能使蟾鱼的内耳细胞向大脑发送信号。未来这一发现将会被用来改善耳蜗植入的效果，还可以设计一些装置恢复视力、维持平衡和治疗像帕金森氏病这类的运动障碍疾病。  

　　主要研究人员、生物工程学教授理查德•拉彼特说，现在我们用耳蜗植入方法改善耳聋患者有限的听力，“我们将来会用红外线脉冲代替电脉冲与大脑交流。”  

　　研究发表在《生理学杂志》上。这项由美国国家卫生研究院资助的研究还提出发展用光信号代替电信号刺激心脏细胞制作心脏起搏器的可能性。他们发现，通过玻璃光纤释放产生的短波红外线可以激活心脏细胞和内耳细胞。进一步研究又发现，红外线激活心肌细胞是通过使线粒体内外的钙离子产生运动实现的，同样的过程也发现在内耳细胞中。  

　　红外线可以让我们感觉到热，那么心脏和内耳细胞被激活是否与红外线辐射本身无关而是热的原因呢？拉彼特和同事通过实验证明，这些细胞确实是被红外线辐射所激活。  

　　红外线照射内耳细胞和心脏细胞  　　与激光发射器一样，红外线也是通过二极管产生的，只是波长不同。  

　　研究人员在实验室用红外线照射新生小鼠的心肌细胞和蟾鱼的内耳毛细胞。毛细胞能将声音、重力或运动的机械振动转变成电信号通过相连的神经细胞送入大脑。实验发现，经过红外线照射的毛细胞向给大脑发送信号的神经元释放了神经递质。拉彼特认为，毛细胞的激活是红外线辐射引起的，因为这些细胞充满了线粒体，而它们又是这一波长的主要作用对象。在另一项新生小鼠心脏细胞研究中发现，红外线会影响线粒体内外钙离子的流动。拉彼特认为这一点很重要，因为对于可产生兴奋的神经和肌肉细胞来说，钙离子就像是让这些细胞产生收缩或释放神经递质的扳机。心脏细胞研究发现，一次持续仅仅五千分之一秒的红外线脉冲既可以使线粒体快速摄取细胞内的钙离子，并随后缓慢释放回细胞里，这一循环使细胞产生了收缩。  

　　拉彼特说，“钙离子这种行为正常是由细胞控制的而非我们。所以红外线给了我们控制这些细胞的一种工具。在内耳里，你将控制进入大脑的信号；在心脏，你将控制收缩。”  

　　光-电耳蜗植入将成可能  　　拉彼特认为这项研究将会带来优于电信号的光信号耳蜗植入。现在的耳蜗是将声音转变成电信号。通常要在内耳耳蜗中放置8个电极，这8个电极只能释放8个频率的声音，而一个健康的成年人能听到的频率超过3000个。如果利用光线刺激，那能听到的就不仅仅是8个频率而是数百个或数千个频率。或许有一天光学耳蜗将使耳聋患者能再一次欣赏音乐，听到一个正常人能听到的所有细微声音。与电流不能集中到一个点上而是广泛分布不同，红外线能聚焦，这样就可以让很多波长的光（相当于不同的声音频率）集中在内耳不同的细胞上。  

　　将内耳声音信号传递给大脑的神经细胞每秒可放电300次以上，而红外线耳蜗就能很好地完成这项工作。实验发现，利用激光脉冲照射毛细胞，可使与之相连的神经细胞每秒放电100多次。对于耳蜗植入来说，这些神经细胞将被红外线激活而非毛细胞。  

　　拉彼特告诫说，开发光学耳蜗可能还需5~10年时间。实际上光学耳蜗所需电量和光源不多，只需像助听器上一样的小电池就可以提供足够的能量。

　　拉彼特正在进行用光线代替电刺激大脑深部有效性的研究，另外还在尝试利用光学植入治疗平衡障碍的潜力。“我们老的时候会行动缓慢，这不是因为我们的肌肉不行了，而是因为我们的平衡出了问题。”他说。“这项技术将通过恢复耳朵向大脑发送有关你的身体空间运动的信号而恢复你的平衡。”  

　　光学刺激还能为色素性视网膜炎或其它视网膜细胞有问题的患者提供人工视觉。“你可以佩戴在镜框上装有相机的眼镜，相机上的电信号将会转变成红外线辐射脉冲进入到有问题的视网膜上。视网膜不是对光产生反应，而是对红外线辐射发生反应”产生影像，他说。  

　　利用光学进行听觉和视觉植入，设备不必穿透大脑或其它神经组织，因为红外线能够穿透很多组织，所以这类设备“有很好的生物相容性。”拉彼特说。“你可以植入光学设备并终生留在那里。”

2011年04月15日