Если вы хотите заставить чье-то сердце биться быстрее, вероятно, есть способы получше, чем светить фонариком ему в ухо.
Но стоит заменить фонарик на лазер, а человека на рыбу данио, и тогда события принимают неожиданно интересный оборот.
Однако, по словам физика Сяошуая Лю из Гуанчжоуского университета в Китае, механизм передачи светового сигнала от уха к сердцебиению несколько сложнее.
Он и его коллеги сделали именно это – и это настолько же невероятно, насколько звучит.
«Когда люди думают о свете и звуке, они инстинктивно связывают свет со зрением, а звук — со слухом, что кажется естественной парой. Однако, если мы обратимся к физическому принципу звука, то увидим, что это, по сути, вибрация», — сказал Лю в интервью ScienceAlert.
«Идея регулирования частоты сердечных сокращений была вдохновлена традиционной музыкотерапией. Учитывая, что ритмичный звук может модулировать сердечный ритм, мы задались вопросом: можем ли мы использовать точно запрограммированные световые лучи для создания «легкой музыки» и достижения регулирования частоты сердечных сокращений?»
Схематическое изображение, обобщающее результаты исследования. (Сяошуай Лю/Гуанчжоуский университет)
Ухо — это тонкий, сложный орган с чувствительными структурами, способными улавливать мельчайшие вибрации. У большинства позвоночных эти структуры включают отолиты — крошечные, похожие на камни кристаллы карбоната кальция. Звук или движение приводят их в движение, что стимулирует сенсорные клетки в ухе.
Звук — не единственный фактор, способный физически сдвинуть с места крошечный объект. В течение многих лет ученые использовали так называемые оптические пинцеты для манипулирования мельчайшими объектами. По сути, они используют давление излучения для приложения физической силы, которая может толкать или перемещать очень, очень маленькие предметы.
Отолиты, обнаруженные в ушах личинок рыбок данио, действительно очень малы.
Что еще более важно, их движения являются частью того, как рыба воспринимает звук и движение.
Это сделало их интересной мишенью для инструмента, предназначенного для манипулирования микроскопическими объектами. Если бы оптическая ловушка могла заставить отолит двигаться без какого-либо звука, достигающего уха, исследователи могли бы эффективно обойти первый этап слуха.
В экспериментальной установке лазерный свет использовался для того, чтобы заставить крошечные отолиты в ухе рыбки данио-рерио колебаться, создавая звуковой сигнал, который мог влиять на частоту сердечных сокращений. (Liu et al., Nat. Commun. , 2026)
«Нашей первоначальной мотивацией было отойти от традиционной ассоциации света со зрением, а звука со слухом и вместо этого исследовать возможность заставить организмы «слышать» свет», — объяснил Лю.
«Как только мы освободимся от традиционного мышления, любая стратегия, способная к колебаниям, сможет генерировать эквивалент звука».
И они попробовали. Как и следовало ожидать.
Они использовали оптические пинцеты для осцилляции отдельных отолитов в живых личинках данио-рерио, одновременно регистрируя активность мозга. Стимуляция активировала области, связанные со слухом, что позволяет предположить, что механическое движение обрабатывалось слуховой системой рыбы.
Изображения мозга рыбок данио, показывающие, какие части мозга реагировали на стимуляцию отолитами. (Liu et al., Nat. Commun. , 2026)
Значит ли это, что рыба «слышит» свет? На этот вопрос ответить несколько сложнее.
«Древнекитайский философ Чжуанцзы однажды сказал: „Вы не рыба, откуда вы знаете радость рыбы?“ — сказал Лю. — Точно так же мы не можем напрямую общаться с рыбами данио, чтобы подтвердить, „слышат“ они свет сознательно».
«Древнекитайский философ Чжуанцзы однажды сказал: „Вы не рыба, откуда вы знаете радость рыбы?“ — сказал Лю. — Точно так же мы не можем напрямую общаться с рыбами данио, чтобы подтвердить, „слышат“ они свет сознательно».
Исследователи смогли установить, что нейронные центры, связанные со слухом, значительно активизировались во время оптической стимуляции.
Но это еще не все.
Исследователи заметили, что при движении отолита у рыбы сердцебиение начинало учащаться.
В одном эксперименте частота сердечных сокращений в состоянии покоя, составлявшая около 2 ударов в секунду, во время стимуляции увеличилась до примерно 2,7 ударов в секунду, а затем постепенно вернулась к исходному уровню после прекращения стимуляции.
Исследователи обнаружили, что целенаправленная стимуляция отолитов может увеличить частоту сердечных сокращений примерно на 50 процентов.
А поскольку оптический пинцет позволил исследователям точно контролировать движение отолита, они смогли сделать нечто еще более странное — воспроизвести паттерны, соответствующие музыке. Изменяя амплитуду, частоту и время колебаний, они могли имитировать свойства, соответствующие громкости, высоте тона и ритму.
Эти наблюдения направили исследования в новое русло.
«Учитывая, что мы можем использовать свет для воспроизведения музыкальных стимулов и влияния на частоту сердечных сокращений, казалось естественным задаться вопросом, можем ли мы также применить этот подход для коррекции аномальных сердечных ритмов», — сказал Лю в интервью ScienceAlert.
«Подобные соображения побудили нас провести эксперименты по устранению аритмий, вызванных лекарственными препаратами».
Исследователи использовали лекарственные препараты для индукции трех различных типов аномального сердечного ритма у личинок рыбок данио, а затем применили созданную ими с помощью оптического воздействия музыкальную стимуляцию.
У рыб с аномально замедленным сердцебиением стимуляция позволила приблизить частоту сердечных сокращений к норме.
У рыб, у которых верхняя и нижняя камеры сердца разошлись, нормальная координация восстановилась у шести из семи особей.
А у рыб, у которых сердцебиение прерывалось аномальными паузами, нормальный ритм восстановился у пяти из семи особей.
Что еще более удивительно, некоторые улучшения сохранялись даже после окончания стимуляции.
По теме: Хиты влияют на мозг, и это может стать будущим музыки.
«Наибольшее удивление вызвал тот факт, что этот подход… позволяет не только модулировать частоту сердечных сокращений, но и предотвращать патологические аритмии, вызванные лекарственными препаратами», — пояснил Лю.
«Тот факт, что чисто оптический стимул, передаваемый через слуховой путь, смог восстановить нормальный сердечный ритм в модели заболевания, превзошел наши первоначальные ожидания и может открыть захватывающие возможности для будущих терапевтических применений».
Конечно, до реализации этих возможностей еще далеко. Лю описывает исследование как «очень предварительную демонстрацию концепции»; как именно нейронные сигналы вызывают изменения сердечного ритма, остается неясным, и можно ли использовать этот подход на более крупных животных, еще предстоит выяснить.
«Мы рассматриваем эту работу не как окончательный ответ, а как приглашение исследовать новые горизонты на стыке оптики, нейробиологии слуха и физиологии сердца», — сказал он ScienceAlert.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications .
Статьи ScienceAlert пишутся, проверяются на достоверность и редактируются людьми, никогда не создаются искусственным интеллектом. Не пропустите ни одной статьи, подпишитесь здесь.
Новости по теме
-
Забудьте о правиле 7 лет – ученые нашли лучший способ определить возраст собаки.
-
Новые исследования показывают, что саблезубые кошки до своего вымирания представляли собой болезненную, вырожденную группу.
-
Возможно, мы наконец-то узнаем, почему загадочные грибные кольца образуют круги.