La luce dei nostri pensieri

Nuovi traguardi nella scienza biofotonica

Nelle neuroscienze moderne ed in biologia, si sta facendo strada una visione radicalmente nuova del corpo e della mente: quella di un organismo non solo chimico ed elettrico, ma anche luminoso.

Ogni cellula viva, e ogni neurone sul quale ci concentreremo maggiormente, è un punto di emissione di luce ultra-debole (UPE), una luce che riflette i processi metabolici interni, come già era stato visto in passato con tecniche analitiche, ma che oggi inizia a essere considerata un vero e proprio linguaggio informazionale^(1,2).

Il cervello è stato in passato concepito come un sistema di impulsi elettrici e reazioni chimiche. Assoni, dendriti, sinapsi, neurotrasmettitori sono i pilastri su cui si è costruita la nostra neurofisiologia classica.

Già nei primi del Novecento, Alexander Gurwitsch osservò una forma di "radiazione mitogenetica" emessa da cellule vegetali, capace di influenzare altre cellule a distanza⁽²⁾. Oggi sappiamo che questo fenomeno esiste anche negli animali – compresi gli esseri umani – e che la luce ultra-debole (UPE, Ultraweak Photon Emission) è emessa spontaneamente dai tessuti viventi, soprattutto durante l'attività metabolica e neuronale, ma anche dal cuore^(1,2).

Nel cervello, le UPE non sembrano essere casuali: aumentano in seguito a stimolazioni con glutammato⁽²⁾, variano con l'età, lo stato cognitivo e la presenza di patologie⁽⁵⁾, e possono seguire ritmi e pattern specifici coerenti con l'attività cerebrale⁽²⁾. Ciò che sta emergendo con forza è che la nostra attività mentale – pensieri, emozioni, attenzione, stress – modula direttamente l'intensità, la variabilità e il contenuto informazionale di questa luce biologica^(2,4).

I neuroni usano la luce per comunicare?

Questa è la domanda più affascinante (e più controversa). Studi teorici e sperimentali suggeriscono che i neuroni potrebbero possedere una forma supplementare di comunicazione basata sulla luce interna, con fotoni come vettori informativi. Le basi su cui poggiano queste considerazioni sono:

• La presenza di molecole fotoattive nei neuroni (es. serotonina autofluorescente, encefalopsina, flavine)⁽²⁾
• Emissioni fotoniche spontanee che si correlano con l'attività chimico-elettrica sinaptica⁽²⁾
• Mielina e nodi di Ranvier che gestiscono il potenziale guida d'onda naturale lungo gli assoni, in modo simile a una fibra ottica⁽³⁾

In particolare, Kumar et al. (2016) hanno identificato l'esistenza teorica di canali ottici nel cervello, mostrando come le strutture mieliniche possano guidare fotoni generati da processi metabolici interni⁽³⁾.

L'ipotesi che il cervello comunichi anche attraverso fotoni trova supporto nei dati sperimentali più recenti. Lo studio di Casey et al. (2025) ha mostrato che le UPE cerebrali possono essere registrate in tempo reale, possono variare in base a diversi stimoli e funzioni cognitive, e possono essere isolate dal rumore di fondo⁽²⁾. Inoltre, le UPE sembrano possedere pattern stabili (stazionarietà) e variazioni correlate ai ritmi cerebrali, in particolare nella banda alpha, quando gli occhi sono chiusi⁽²⁾.

Come si misurano le UPE cerebrali?

Misurare luce emessa spontaneamente dal cervello sembra un'idea irrazionale e di fantascienza, eppure, oggi è realtà sperimentale. I ricercatori ci sono riusciti grazie a strumenti altamente sensibili, capaci di rilevare singoli fotoni in condizioni di buio assoluto.

Gli strumenti principali sono:

• Tubo fotomoltiplicatore (PMT): tubi a moltiplicazione di fotoni, che rilevano impulsi minimi (sotto i 1000 s⁻¹) con un'efficienza altissima.
• Camere oscurate e schermate: l'ambiente deve essere privo di fonti luminose esterne; anche una minuscola spia LED può disturbare e alterare le misurazioni.
• Sincronizzazione con EEG: per correlare le UPE con l'attività elettrica cerebrale⁽²⁾.

Nel protocollo adottato da Casey et al. (2025), i partecipanti venivano fatti sedere in una stanza schermata e oscurata, mentre i PMT venivano puntati a pochi centimetri dalla testa nella zona occipitale e temporale destra per rilevare fotoni nella banda dei 300–850 nm. Un terzo sensore, puntato verso il muro, fungeva da controllo ambientale⁽²⁾.

La registrazione avveniva in parallelo con l'EEG quantitativo (qEEG), consentendo agli autori di confrontare fotoni e onde cerebrali in tempo reale.

Fotoencefalografia: un nuovo strumento per la clinica neurologica?

La possibilità di misurare in tempo reale la luce emessa dal cervello apre la porta ad una nuova tecnica di monitoraggio cerebrale, la photoencephalography (PEG).

Questa tecnica ancora sperimentale è definita dagli autori come "una piattaforma passiva e non invasiva per leggere gli stati funzionali del cervello attraverso la luce endogena"⁽²⁾.

Potenziali applicazioni cliniche date dalle UPE cerebrali potrebbero essere quelle di diagnosi precoce di malattie neurodegenerative. È stato dimostrato come le UPE:

• Cambino in intensità e lunghezza d'onda con l'invecchiamento⁽⁵⁾
• Presentino pattern alterati in modelli animali con Alzheimer⁽⁴⁾
• Siano influenzate dalla neuroinfiammazione e dal danno ossidativo⁽¹⁾

Tutto questo potrebbe in futuro individuare uno stato patologico addirittura prima che si manifesti il minimo segno clinico.

Dal pensiero al fotone

Il concetto chiave è che la mente ha effetti diretti sui mitocondri, e i mitocondri, a loro volta, modulano l'emissione luminosa attraverso meccanismi ossidativi.

Sono state riscontrate variazioni significative nelle UPE cerebrali in relazione a condizioni cognitive semplici, come l'apertura o la chiusura degli occhi, e a stimolazioni sensoriali complesse, come la musica ritmica⁽²⁾:

• Occhi chiusi: aumento delle onde alpha nell'EEG e incremento delle UPE occipitali, altamente correlate con l'attività elettrica.
• Stimolazione sonora: oscillazioni significative delle UPE temporali, con correlazioni nelle bande beta e gamma – le stesse implicate in attenzione, emozione e coscienza⁽²⁾.

Questa interazione è ulteriormente corroborata dal lavoro pionieristico di Martin Picard, che ha studiato in dettaglio l'interazione tra mitocondri e stati psicologici. Secondo Picard, i mitocondri non solo rispondono allo stato energetico della cellula, ma sono sensibili agli stati affettivi e cognitivi⁽⁸⁾.

Picard ha notato che:

• Lo stress psicologico cronico induce alterazioni mitocondriali misurabili (morfologia, potenziale di membrana, produzione di ROS)
• L'esposizione a esperienze emotive, sia positive che negative, può cambiare la dinamica mitocondriale e di conseguenza influire sulla quantità e qualità della luce emessa
• I mitocondri sono coinvolti in cicli bio-psico-energetici che collegano la percezione soggettiva alle risposte fisiologiche⁽⁸⁾

Questa "psicobiologia mitocondriale" mostra come la mente sia biologicamente radicata in ogni cellula e ne diriga la sua intima essenza.

La luce emessa dai mitocondri (UPE) non è costante. In risposta a stati cognitivi e affettivi diversi, può:

• Aumentare o diminuire in intensità assoluta (fotoni/s)
• Mostrare maggiore o minore entropia informazionale (grado di ordine/caos) come suggerito dalla teoria dell'informazione di Shannon
• Cambiare frequenza nella lunghezza d'onda (shift verso rosso o blu)
• Esprimere stati di coerenza o fluttuazione (varianza temporale)

Sebbene siamo ancora lontani da una piena comprensione dei meccanismi, l'insieme di questi dati porta a una conclusione suggestiva: la mente non solo è incorporata nel corpo, ma lo modula dal livello più alto fino a quello più basso, attraverso la modulazione di ogni singola cellula.

Mitocondri: le centrali elettriche che illuminano davvero

Quando parliamo di luce emessa dal cervello, dobbiamo prima volgere lo sguardo verso le sue unità bioenergetiche fondamentali: i mitocondri. Noti principalmente per la produzione di ATP, oggi sappiamo che i mitocondri sono anche sorgenti di fotoni, in particolare nei processi in cui il metabolismo cellulare genera specie reattive dell'ossigeno (ROS).

Ma come fanno i mitocondri a emettere luce?

I fotoni UPE sono prodotti durante il decadimento di elettroni di molecole eccitate – in parole semplici, quando l'energia chimica si trasforma in luce visibile o quasi-visibile. Questo fenomeno si verifica senza alcuna stimolazione esterna, ed è collegato a:

• Processi di ossidazione lipidica e proteica (mediati dai ROS)⁽²⁾
• Fluttuazioni dovute alla respirazione mitocondriale
• Transizioni elettroniche durante la produzione di energia

La luce emessa riflette lo stato metabolico cellulare correlandolo con la produzione di ROS⁽²⁾.

Cervello e mitocondri: alta intensità, alta emissione

Il cervello, pur rappresentando solo il 2% del peso corporeo, consuma circa il 20% dell'energia totale del corpo. Questo lo rende una delle zone a più alta attività mitocondriale.

"I tessuti neuronali sono stati oggetto di particolare attenzione come fonte di UPE per via della loro fisiologia eccitabile, carico metabolico elevato e sensibilità alla luce"⁽²⁾

Più mitocondri attivi → più ROS → più fotoni.

L'intensità e le caratteristiche spettrali delle UPE variano in base alla condizione fisiologica del tessuto:

• L'invecchiamento cerebrale sposta lo spettro delle UPE verso il blu⁽⁵⁾
• Lo stress ossidativo ne aumenta la quantità emessa⁽¹⁾
• La neurodegenerazione e i tumori presentano specifici spettri anomali⁽⁴⁾

Questo significa che le UPE mitocondriali potrebbero essere biomarcatori sensibili per diagnosticare disfunzioni cerebrali prima ancora che si manifestino sintomi clinici.

Un altro aspetto affascinante è il potenziale ruolo delle UPE mitocondriali nella comunicazione intracellulare e intercellulare. La luce, in questo contesto, potrebbe non solo essere un sottoprodotto, ma un linguaggio biofisico:

"Le UPE svolgono un ruolo nella comunicazione cellula-a-cellula e i neuroni potrebbero avere proprietà di guida d'onda che supportano canali ottici"⁽²⁾

Un'ipotesi supportata da modelli teorici (Kumar et al., 2016) che vedono nei fasci mielinici delle possibili fibre ottiche biologiche⁽³⁾.

La luce come nuova scienza biomedica

Ciò che sta emergendo sempre più velocemente è che la biologia e tutte le scienze mediche annesse deve rivedere l'attuale concezione biochimica dei sistemi viventi basata sulle semplici reazioni chimiche (le quali non funzionano se non guidate da un'istruzione esterna).

Nel contesto delle neuroscienze moderne, la misurazione delle UPE cerebrali, cardiache, e in futuro di tutti i tessuti, rappresenta una promettente innovazione che unisce biofisica, neurofisiologia e tecnologia fotonica.

La possibilità di utilizzare la luce endogena per diagnosticare, monitorare e comprendere i processi cerebrali ci avvicina a una medicina più raffinata, la quale avvalora la complessità degli organismi viventi, costituiti da varie entità biologiche riunite in un olobionte, e ne studia il complesso armonico nel suo insieme visto come un ecosistema.

Bibliografia

1. Pospíšil, P., Prasad, A., & Rác, M. (2014). Role of reactive oxygen species in ultra-weak photon emission in biological systems. J. Photochem. Photobiol., B, 139, 11–23.
2. Casey, H., DiBerardino, I., Bonzanni, M., Rouleau, N., & Murugan, N.J. (2025). Exploring ultraweak photon emissions as optical markers of brain activity. iScience, 28, 112019.
3. Kumar, S., Boone, K., Tuszyński, J., Barclay, P., & Simon, C. (2016). Possible existence of optical communication channels in the brain. Scientific Reports, 6, 36508.
4. Van Wijk, R., et al. (2020). Integrating ultra-weak photon emission analysis in mitochondrial research. Front. Physiol., 11, 717.
5. Chen, L., Wang, Z., & Dai, J. (2020). Spectral blueshift of biophotonic activity and transmission in the ageing mouse brain. Brain Res., 1749, 147133.
6. Wang, X., Dmochowski, J., Husain, M., Gonzalez-Lima, F., & Liu, H. (2017). Transcranial infrared brain stimulation modulates EEG alpha power. Brain Stimul., 10, e67–e69.
7. Zomorrodi, R., Loheswaran, G., Pushparaj, A., & Lim, L. (2019). Pulsed near-infrared transcranial and intranasal photobiomodulation significantly modulates neural oscillations. Sci. Rep., 9, 6309.
8. Picard, M., & McEwen, B.S. (2018). Psychological stress and mitochondria: A systematic review. Psychosom. Med., 80(2), 141–153.