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超声波脑脉冲打开了“冬眠开关”

2023-06-02发布于上海

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科学家一直在研究如何让人类进入蛰眠状态,以减轻心脏病和中风等疾病造成的损害,并减少未来长途太空旅行的压力和成本。在最近发表的一项研究中,科学家报告称,他们通过向头部定向超声脉冲,成功诱导小鼠进入类似冬眠的状态——。一些专家认为,这是在未来在人类身上实现这一壮举的重大技术进步。


“这是一篇了不起的论文。”内华达大学拉斯维加斯分校的冬眠生物学家Frank van Breukelen评价说。这项研究基于最近一系列的研究,这些研究准确地确定了视前区(POA)中特定神经元群。这些细胞就像启动蛰眠的开关,当动物处于饥饿或寒冷状态时,就会进入蛰眠状态。在之前的研究中,科学家通过基因工程改造了这些神经元,使其对光线或某些化学物质作出反应,结果发现,即使在温暖和饱食的情况下,小鼠也会进入蛰眠状态。然而,Breukelen指出,这种侵入性技术很难应用于人类。

这项由圣路易斯华盛顿大学生物工程师陈红团队领导的新的超声波研究,并不需要基因工程。陈红从之前的研究中发现,某些神经元具有名为TRPM2离子通道的特殊孔隙,这些孔隙会随超声波的变化而改变形状,并控制小鼠POA细胞的亚群。


团队在小鼠头部贴上类似微型扬声器的设备,将超声波集中在POA上。在一系列3.2兆赫的脉冲作用下,这些啮齿动物的核心体温下降了约3摄氏度。Breukelen指出,体温降低、心率减慢和新陈代谢减缓,都是蛰眠的典型迹象。当动物体温开始回升时,研究人员自动发射额外的超声波脉冲,使小鼠在蛰眠状态下继续保持长达24小时。当他们让微型扬声器静音时,老鼠又恢复了正常,并且没有任何不良反应。

Breukelen说,当研究人员将超声波引导到大脑的其他区域时,小鼠似乎不会进入蛰眠状态。这表明,这些动物的新陈代谢减缓确实是由刺激POA中的神经元引起的。Breukelen表示,虽然人类不会自然进入冬眠,但从马达加斯加的肥尾矮狐猴到北极松鼠,几乎所有哺乳动物都有冬眠的能力。也许人类和小鼠一样,也拥有一种潜在的能力,可以进入蛰眠状态。


然而,有些专家对这些研究结果持怀疑态度。俄勒冈健康与科学大学的Shaun Morrison表示,超声波刺激会使大脑变暖,因此研究人员可能实际上是激活了该区域的温度敏感神经元,导致动物降低体温作为反应。即使效果是真实的,他也怀疑能否使用超声波将宇航员置于伪死状态。Morrison指出,人类的大脑比小鼠大得多,POA区域也更深入。“这种超声波技术不太可能在人类身上像在小鼠身上那样起作用。”

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