《Progress in Biophysics and Molecular Biology》：Biofield in Neural Communication: A Review and Conceptual Framework
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这篇前沿综述探讨了大脑生物场（由神经元产生的电磁场）及其构成（电场、磁场、电磁场/生物光子）在神经通讯中的潜在角色。文章提出，生物光子介导的超快信号传递可能与传统化学（如谷氨酸）和电信号形成互补，并置于量子场论框架下探讨其量子特性（如叠加、相干、纠缠）。然而，这一机制仍属假说，因其面临生物噪声（热、化学、结构波动）破坏量子态、缺乏体内实验证据以及未知的编/解码机制等严峻挑战，亟待未来研究验证。
大脑不仅通过我们熟知的化学突触和电脉冲进行交流，还可能利用一种更“光速”的神秘语言——生物光子。这种由神经元自身发出的超弱光子，构成了大脑生物场中的电磁场成分，为理解神经通讯开启了一扇充满想象力却又需严谨验证的新窗口。
神经通讯中的生物场：综述与概念框架
1. 引言
大脑的生物场是一个由神经组织产生的电磁场，它包含了电场、磁场和电磁场（生物光子）。经典的神经通讯依赖于相对较慢的化学信号（如神经递质谷氨酸）和相对较快的电信号。然而，理论推测，生物光子可能以光速介导神经元间的超快、长程信号传递，成为上述两种经典模式的补充。尽管这一想法引人入胜，但它仍是一个有待实证检验的前沿假说。
2. 生物场
大脑生物场由三个部分组成：
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电场：源于神经元膜电位（如动作电位、突触后电位）的时空变化，是神经组织中信息传递最快、最可靠的机制，典型振幅约为0.1-5 mV mm-1。它支持电场耦合（ephaptic coupling），即神经元通过细胞外电场直接相互影响，这种作用瞬时、双向且不依赖神经递质。
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磁场：由神经元活动产生的电流（如动作电位期间的离子流）所引发，极其微弱（约10-15T）。它主要通过脑磁图（MEG）用于探测大规模神经活动，目前认为其本身在微观层面直接介导信息传递的作用有限。
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电磁场（生物光子）：表现为超弱光子发射（UPE），是神经元氧化代谢过程的副产物。它可以使用光电倍增管（PMT）和电荷耦合器件（CCD）相机等灵敏光学技术检测，目前主要被视为神经代谢活动的指标，其作为信息载体的功能角色尚不明确。
3. 生物光子作为生物场的介质
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生物光子起源：大脑作为高耗能器官，其氧化代谢过程会产生活性氧（ROS），如超氧阴离子自由基（O2•?）、过氧化氢（H2O2）。ROS氧化生物分子（蛋白质、脂质等）会形成不稳定的高能中间体（如双氧环丁烷、四氧化物），其分解会产生电子激发态物种（如三重态激发羰基、激发态发色团、单线态氧1O2）。这些激发态物种弛豫回基态时，便会释放出生物光子。
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生物光子强度与能量：生物光子发射率很低，通常只有每秒每平方厘米几个光子（自发）到数十上百个（应激诱导），远低于人眼视觉阈值。其光谱范围覆盖紫外线A（UVA）、可见光和红外（IR）区域（约350-1300 nm）。不同发色团对应特定波长：黄素蛋白（FAD， FMN）约520–550 nm；血红素蛋白（如血红蛋白、细胞色素）约620-660 nm；单线态氧的发射则在红光（634， 703 nm）和近红外（1274 nm）区。
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大脑中的生物光子：实验证实神经元乃至整个神经组织都会发射生物光子。例如，向小鼠脑切片施加谷氨酸能持续增加生物光子发射；生物光子发射与阿尔茨海默病模型、精神活性药物（如甲基苯丙胺）的使用以及脑电图（EEG）测得的脑电活动存在相关性。有研究提出，神经递质（如谷氨酸）的量子态可能影响生物光子发射。然而，这些关联性证据尚不能证明生物光子在生理条件下能在神经元间传递功能性信息。
4. 生物光子通讯
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神经组织中的非量子通讯：基于光子强度、调制等经典属性的信息传递在原理上更直接。然而，生物光子在致密的神经环境中传播时，会与周围物质发生吸收、散射、衍射、反射和折射等相互作用，导致其强度和方向发生改变，随机逃逸到细胞外空间，到达特定靶点的概率较低。
一种可能的解决方案是轴突作为天然光波导来引导生物光子。建模研究表明，生物光子可能沿轴突纤维传播数百微米至几毫米的距离。信息也可以通过调幅（增强特定强度）、调频（利用特定波长）等方式编码。
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神经组织中的量子通讯：从量子场论角度看，光子作为场粒子，可以在所有尺度上介导物质粒子（如构成神经元的电子、原子、分子）间的相互作用。因此，大脑可被概念化为一个量子系统。
生物光子可能具备叠加、相干、纠缠等量子特性，从而介导量子通讯。这需要量子态的形成（编码）、稳定传播和检测（解码）。然而，目前大脑中并未发现能选择性形成和检测量子态的细胞结构，且量子态在传播中极易被生物噪声破坏。
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量子态的形成：在生物系统中，生物光子的量子态通常是氧化代谢过程自发、局部、瞬时且随机形成的副产品。理论上，若分子过程能时空同步，也可能受控地产生量子态。
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量子态的传播：大脑温暖（~37 °C）、湿润、异质的环境充满了热噪声、化学噪声和结构噪声。这些噪声会迅速破坏叠加态，部分保留但最终降解相干性，并极快地摧毁脆弱的纠缠态。实验表明，偏振纠缠光子对可穿过厚度达400 μm的脑组织切片而保持关联，但其在体内的功能相关性尚不明确。
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量子态的检测：理论上，叠加、相干或纠缠态的检测依赖于生物光子与特定分子探测器（如黄素蛋白或血红素蛋白内的细胞内发色团）的相互作用。然而，生理噪声和缺乏合适的生物探测器使这种检测在现实中极不可能。
5. 化学、电与生物光子信号之间的相互作用
化学、电与潜在的生物光子信号之间可能存在着复杂的相互作用，形成一个集成的通讯网络，以优化信息传递效率。化学信号提供调制的灵活性，电信号保证传输的速度，而假说中的生物光子信号则可能增强神经网络的同步性。然而，这种整合如何实现仍是巨大挑战。目前没有已知的细胞结构能像神经递质受体或离子通道那样精确地检测生物光子。一种理论上的可能性是，细胞内含发色团的蛋白质（如线粒体中的黄素蛋白、细胞色素）吸收生物光子后，可能通过诱发构象变化来调节酶活性（如影响ATP合成或ROS产生）或离子通道的门控特性，从而间接调制神经活动。但这些机制均高度推测性。
6. 结论
生物光子在大脑中的信号传递角色仍主要是一个引人入胜的科学假说。量子场论提供了强大的理论背景，但将量子原理应用于功能性神经通讯面临巨大挑战：量子态在传播中极易被生物噪声破坏，且缺乏编码与解码的生物学机制。尽管在大脑中维持宏观量子特性可能性很低，但量子态可能局部暂存并进行短程相互作用。未来的研究需要超越相关性观察，通过整合灵敏的生物光子检测、电生理学、成像和计算建模，来验证核心假说，探索生物光子如何与经典信号通路交互，并最终评估这种新型神经信号模式的可行性与局限性。
