去年夏天，毁灭性的野火在西伯利亚、阿拉斯加和加拿大的冰冻地区肆虐。它们部分是由全球气温上升引起的，这加速了土壤中细菌代谢植物和动物物质的能力。

这些环境现象证明了物理学的基本原理——温度是化学反应的主要组成部分之一，即使是看似微小的变化也可能导致灾难性的影响。加热西伯利亚泥炭沼泽的速度比向大气中释放碳的速度要快，即使在零度以下的温度下，你也会手上发生野火。

研究人员现在知道，这种环境现象背后的物理学也适用于大脑活动。在《神经工程杂志》上发表的一篇论文中，研究人员发现，在刺激大脑的同时，温度的小幅升高可以深刻地改变大脑活动，有时会产生负面影响。

耶鲁大学医学院神经外科全球健康副史蒂文·希夫(Steven Schiff)医学博士专门研究工程和神经外科之间的交叉领域，这使他具备将物理学原理应用于大脑生物过程的背景。

由于电线中的活动会产生热量，因此大脑的所有电和磁刺激都会在大脑中沉积热能。希夫和他的合著者认为，用于癫痫和帕金森病患者的电刺激大脑设备，如深部脑刺激，必须导致大脑的温度变化。

大脑的温度变化也会影响神经元的放电。神经细胞膜的衬里是分子泵，它们用大脑活动期间释放的能量为细胞充电。

研究人员能够证明，如果细胞加热的速度比电荷可以调节的速度快，那么它们可能会产生比平时更多的神经元活动或更少。由于大脑的电刺激而导致的温度变化小于1oC，可能导致神经元活动的实质性变化。当神经元变暖时，它们可以变得沉默。让他们冷却回正常温度，他们会变得非常兴奋。

“看到温度的微小变化对大脑活动的这些巨大影响意味着我们现在需要考虑如此小的温度变化，”该研究的第一作者希夫说。

“[物理学家詹姆斯]焦耳很久以前就告诉我们，这个问题没有办法。如果你让电流通过小的导电线产生电场或磁场来刺激大脑，你就会在导线和导电大脑中产生热量。

这篇范式转变论文于 2022 年 <> 月在华盛顿特区举行的美国癫痫学会会议上发表，引起了极大的兴趣。

这些温度变化如何影响患者以及如何利用它们来改善结果还有待观察。在临床环境中，外科医生以前观察到植入神经系统刺激器的一个常见副作用是受刺激的大脑的活动通常会随着电或磁刺激而降低。

该论文指出了这种现象的一个强有力的合理原因。希夫博士说，如果属实，这一发现可以帮助医生更准确地校准这些设备的使用。

“这篇论文是结合不同的身体行为模型来重新审视一些”旧标准“的真正巡回演出，”密歇根大学神经病学和生物医学工程系副教授William Stacey博士说。

“建模与巧妙实验的结合提供了非常有趣和意想不到的结果，即热量可能会抑制神经放电。也许这个模型也可能提供一些操纵神经活动的新方法。

哈佛大学癫痫助理教授Daniel M. Goldenholz，医学博士，博士，最近一篇关于为什么局灶性降温对治疗局灶性癫痫的未来很重要的论文的作者，发现结果也很重要。

“我认为希夫博士及其同事的工作强调了脑组织温度变化的重要性，并且可能与可能包括局部冷却的癫痫治疗有关。如果我们希望我们的疗法变得更加准确，就需要更好地理解和解释这些波动。我很高兴看到希夫博士的结果在未来如何用于治疗癫痫发作和神经调控，“Goldenholz说。