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超聲波腦脈沖打開了“冬眠開關(guān)” 
作者：李惠鈺 來源：中國(guó)科學(xué)報(bào)
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北極地松鼠是冬眠冠軍，每年在這種狀態(tài)下保持7到8個(gè)月，同時(shí)保持體溫低于零度。
科學(xué)家一直在研究如何讓人類進(jìn)入蟄眠狀態(tài)，以減輕心臟病和中風(fēng)等疾病造成的損害，并減少未來長(zhǎng)途太空旅行的壓力和成本。在《自然-代謝》近日發(fā)表的一項(xiàng)研究中，科學(xué)家報(bào)告說，他們通過定向頭部的超聲脈沖可誘導(dǎo)小鼠啟動(dòng)冬眠樣狀態(tài)——蟄眠。一些專家稱，這是未來在人類身上實(shí)現(xiàn)這一壯舉的重大技術(shù)進(jìn)步。
 “這是一篇了不起的論文�！眱�(nèi)華達(dá)大學(xué)拉斯維加斯分校研究冬眠的生物學(xué)家Frank van Breukelen評(píng)價(jià)說。這項(xiàng)工作建立在最近一系列研究的基礎(chǔ)上，這些研究精確定位了下丘腦視前區(qū)（POA）的特定神經(jīng)元群。這些細(xì)胞就像啟動(dòng)蟄眠的開關(guān)，當(dāng)動(dòng)物在饑餓或寒冷狀態(tài)下，就會(huì)進(jìn)入蟄眠狀態(tài)。在之前的研究中，科學(xué)家通過基因工程改造了這些神經(jīng)元，使其對(duì)光線或某些化學(xué)物質(zhì)作出反應(yīng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，即使小鼠在溫暖且營(yíng)養(yǎng)充足的情況下，也會(huì)進(jìn)入蟄眠狀態(tài)。然而，Breukelen指出，這種侵入性技術(shù)很難應(yīng)用于人類。
由圣路易斯華盛頓大學(xué)生物工程師陳紅團(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)的這項(xiàng)新的超聲波研究，則不需要基因工程。陳紅從之前的研究中得知，一些神經(jīng)元有特殊的孔隙，稱為TRPM2離子通道，這些孔隙會(huì)隨超聲波的變化而改變形狀，包括控制小鼠POA細(xì)胞亞群。
陳紅團(tuán)隊(duì)在小鼠頭上粘上了如微型揚(yáng)聲器一樣的設(shè)備，把超聲波集中在POA上。在一系列3.2兆赫的脈沖作用下，這些嚙齒動(dòng)物的核心體溫下降了約3攝氏度。Bruekelen指出，小鼠體溫下降，心率和新陳代謝減慢，這都是蟄眠的典型跡象。當(dāng)動(dòng)物體溫開始回升時(shí)，研究人員自動(dòng)發(fā)射額外的超聲波脈沖，使小鼠在蟄眠狀態(tài)下繼續(xù)保持長(zhǎng)達(dá)24小時(shí)。當(dāng)他們讓微型揚(yáng)聲器靜音時(shí)，老鼠又恢復(fù)了正常，并且沒有任何不良反應(yīng)。
Breukelen說，當(dāng)研究人員將超聲波引導(dǎo)到大腦其他區(qū)域時(shí)，小鼠似乎不會(huì)進(jìn)入蟄眠狀態(tài)。這表明，這些動(dòng)物的新陳代謝減慢確實(shí)是由專門刺激POA中的神經(jīng)元引起的。Breukelen說，雖然人類不會(huì)自然冬眠，但從馬達(dá)加斯加的肥尾矮狐猴到北極地松鼠，幾乎所有哺乳動(dòng)物都有冬眠的能力。也許人類和老鼠一樣，也擁有一種隱藏的能力，可以進(jìn)入蟄眠狀態(tài)。
不過，又些人對(duì)此研究結(jié)果并不信服。俄勒岡健康與科學(xué)大學(xué)的Shaun Morrison說，超聲波刺激會(huì)使大腦變暖，因此研究人員可能實(shí)際上激活了該區(qū)域的溫度敏感神經(jīng)元，導(dǎo)致動(dòng)物降低體溫作為反應(yīng)。即使效果是真實(shí)的，他也懷疑能否使用超聲波將宇航員置于假死狀態(tài)。Morrison指出，人的大腦比老鼠的大腦大得多，POA埋得更深�！斑@種超聲波技術(shù)不太可能像在老鼠身上那樣在人類身上發(fā)揮作用。”
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s42255-023-00804-z
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