量子大脑：激光可以告诉我们缠绕光子和神经元之间的关系

麻醉药被用于接受医疗程序的病人已经有175年的历史了，但医生和科学家一直不知道这些药物是如何破坏大脑中的意识的。

密歇根大学教授Theodore Goodson III和George Mashour正在调查对理解这一过程的新方法。本协作支持国家卫生资助核心大学院校，现在开始进一步调查细胞中的过程。

古德森的下一阶段研究将得到国家科学基金会化学和物理部门为期三年的503,551美元的拨款续期的支持。

Goodson，化学，应用物理学和大分子科学和工程教授的工作，以及麻醉学和神经外科教授Mashour，检查了麻醉醚和量子缠结光子之间的基本相互作用。

一项研究发表在科学报告，探索了利用基于激光的量子力学技术来探测麻醉机制。为了弥合手术室和激光实验室之间的差距，两位研究人员开始探索目前临床使用的两种麻醉药——七氟烷和异氟烷——是否能够与纠缠光子相互作用。纠缠光子意味着即使一个光子不在它的伙伴附近，影响一个光子也会影响另一个光子。

为了检测这些信号，古德森和马舒尔使用了古德森开发的光谱和微观方法量子灯检查经典光不可见的原子特征。他们发现他们都惊讶了：虽然无面包对光子能够穿过麻醉药物而没有任何相互作用，但小部分缠绕的光子与麻醉药物相互作用。

“与麻醉药物的缠结的光子相互作用导致信号如此之小，它们通过使用经典激光的传统手段而不是易于检测的，”Goobly表示。

现在，基于其他研究表明纠缠光子可以通过脑组织，古德森和马舒尔将使用他们的量子光学技术来测试纠缠光子和活胶质细胞之间的活动。这些研究将在有或没有麻醉药物。

了解生物学和化学过程重要的大脑他们说，使用这种新工具的信号过程可能会揭示全麻在基本水平上真正起作用的新机制。

研究人员将使用他们学习的信息，同时观察缠绕的光子与麻醉剂的相互作用以跟踪神经元中的信号传导过程，并且可能在脑组织中的较小结构内。

除了用Quantum光学技术探测大脑中的生物和化学信号传导过程之外，Goteson和Mashour之间的协作研究还可以提供调查神经科学的其他重要问题的机会。

例如，这一研究系列可能有一天访问更深入的问题意识驻留。现代神经科学认为，意识，或者说我们的思维过程，是从神经元网络中产生的。利用量子力学工具进行的合作研究可能会追踪大脑信号活动，并可能随后将这些信息与意识问题联系起来。

“科学家们已经过度了解了意识，无意识和量子物理学之间的联系，”Mashour说，他是麻醉学系的主席，并创立了意识科学中心。“这与Goodson教授的合作代表了一种令人兴奋的新方向，与Quantum工具更密切地查看这些交互。”

基于这个和意识科学中心最近的工作，密歇根大学现在独一无二地准备测试几乎所有主要的意识理论，从亚原子粒子水平到大规模的大脑网络。利用这种新的量子工具来研究大脑信号，可能会帮助研究人员在神经科学、亚原子过程的更复杂的药理学以及其他领域发展出新的方向光子生物学和医学成像。

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