通过聆听光线来控制心率

《Nature Communications》：Heart rate control by listening to light

　　

摘要

听觉与心脏之间存在相互作用，使得声音感知能够调节心脏节律和生理平衡。然而，由于声波刺激精度存在根本性限制，其背后的调控机制及治疗潜力至今仍未得到充分研究。在此，我们提出了一种光机械心脏耦合策略，该策略绕过了声波传播的限制，从而实现对心脏功能的精确声学调节。通过使用可动态重配置的光陷阱（1064纳米，100千赫兹刷新率），我们将音乐节奏转化为可编程的耳石振荡模式，进而建立了机械刺激与心脏反应之间的确定性的输入输出关系。我们发现，后脑区域，尤其是迷走神经运动区，通过肾上腺素能激活以及交感神经与副交感神经活动平衡的变化，介导了这种光机械心脏调节作用。借助实时节奏编码技术，我们精确量化了具有不同光谱特性的听觉刺激对心脏节律的调节能力，并成功纠正了药物引起的病理性心脏节律紊乱。通过光机械耳石振荡将光学物理与自主心脏生理学相结合，这项工作为探索感觉-心脏调节机制及个性化心律失常管理提供了理论框架，也为将音乐疗法从经验性实践发展为定量生物医学奠定了基础。