科技生活| 利用大腦超聲波誘導 動物進入休眠狀態

有些時候「休眠」(hibernating)是很有用的，比如手術或太空旅行，而我們越來越接近能夠在人類身上做到這一點。科學家們現在已經證明了一種方法，即使用非侵入性的超聲波脈衝來誘導老鼠進入類似冬眠的狀態。

休眠是一種類似睡眠的狀態，老鼠和鳥類等動物可以通過降低體溫和新陳代謝來保存能量。這被認為是食物匱乏時的一種生存機制，使它們能夠簡單地打瞌睡度過艱難時期。

2020年，科學家們在下丘腦中發現了一組允許老鼠進入休眠狀態的神經元，並發現他們可以使用光或化學信號來刺激這些神經元，從而按需誘發休眠。更妙的是，同樣的東西在老鼠身上起作用，而老鼠不會自然進入休眠狀態，這表明它可以在其他哺乳動物甚至人類身上發揮作用。2022年的一項後續研究表明，該技術可用於防止心臟手術期間的組織損傷。

問題是，觸發神經元需要經過基因改造的動物對觸發器作出反應，其中包括植入的纖維光學器件。這不是最舒適或最實用的方法，因此在新的研究中，華盛頓大學的科學家們開發了一種非侵入性的方法來誘導休眠。

該團隊創造了一個超聲波發射器，小到可以安裝在老鼠的頭上，因為它們每天都在工作。這可以向下丘腦的視前區發射10秒的超聲波脈衝，從而立即觸發動物的休眠症狀態。這包括體溫下降3至3.5°C(5.4至6.3°F) 以及心率和耗氧量降低。這些動物在幾個小時後自然醒過來。

在另一個實驗中，研究人員將超聲波發射器連接到一個自動系統上，只要體溫開始回升，該系統就會進一步提供脈衝。通過這種方式，他們能夠使老鼠一次保持24小時的靜止狀態，對大腦沒有明顯的損害，對動物也沒有明顯的不適。

研究小組在老鼠身上重復複了實驗，並再次發現其效果基本相同，儘管體溫下降幅度較小，為1至2℃(1.8至3.6°F)。這為新陳代謝反應仍然存在於不自然冬眠的哺乳動物中的觀點提供了證據，表明它有可能在人類中發揮作用。

當然，這還有很長的路要走，但有一種非侵入性的方式來觸發這種狀態是一個重要的步驟。如果我們能讓它發揮作用，該團隊認為超聲誘導的冬眠可以在醫療緊急情況下拯救生命，或者最終幫助未來的宇航員在漫長的太空航行中進行冬眠。

圖片：Washington University in St. Louis

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