在各種科幻作品中，尤其是涉及太空旅行的電影或小說，總能看到類似的情節：為了熬過在宇宙中航行的漫長時光，角色們會透過特殊的裝置（而且一般是一個裝滿了液體的膠囊艙），進入一種類似冬眠的狀態。

其實這也是現實中載人航天必須要面對的課題。不過現實要考慮的更多還是能源消耗和後勤補給，畢竟現在我們還是沒必要思考咋去一個幾百光年外的地方，花半年去下火星已經很了不起了！

如果真能實現電影小說裡那樣的休眠倉，宇航員們就可以“冬眠”著度過旅途了，從經濟角度來說可謂是非常的節能環保。

近期，《自然·代謝》雜誌發表了一項新研究，聖路易斯華盛頓大學陳紅教授帶領的研究團隊（包括第一作者楊垚亨）成功開發了超聲誘導低體溫低代謝技術（UIH），它能透過遠端經顱超聲刺激下丘腦視前區（POA），在小鼠中安全地誘導持久的冬眠樣（torpor）狀態。

研究者還在不會天然產生冬眠樣狀態的大鼠中進行了測試，發現UIH同樣能夠使大鼠“冬眠”。或許不久的將來，我們人類也能夠用上這項技術遨遊太空了。不去太空，這項技術也能夠用來暫時延緩重大疾病進展，提高患者生存機率。

論文題圖

Torpor是一種類似冬眠的生理狀態，哺乳動物在這種狀態下能夠積極地抑制新陳代謝，降低體溫，以儲存能量在苛刻的外部條件下生存。

在1960年，就有科學家提出，或許我們可以透過人工誘導torpor狀態，來減少載人航天飛行期間的能源消耗；對於中風或心臟病發作等危重疾病來說，torpor的低體溫和低代謝狀態，也能夠延緩疾病進展，增加患者的生存率。

不過，儘管時間已經過去了幾十年，無創安全地誘導torpor狀態，還是僅存於科幻作品的假設。

經過一系列研究，我們現在已經掌握到，torpor狀態由中樞神經系統控制，有研究表明，顱內直接注射藥物能夠誘發類似自然低代謝和低體溫狀態，透過光遺傳學和化學遺傳學操作POA腦區的關鍵神經元，也可以在小鼠中引發典型的torpor冬眠行為。

這些技術都是有創的。就沒有一種能夠biu地一下輕輕鬆鬆安全有效的方法嗎？

研究者們選擇的解題思路是，超聲波。超聲波能夠無創地穿透顱骨，以毫米級精度聚焦大腦內任何部位，且不產生電離輻射。功能強大，安全有效，還便攜便宜，怎麼看都是它了。

研究者們設計了一種快插拔的可穿戴超聲裝置，能夠“隔空”向自由活動的小鼠大腦POA輸送超聲波。

UIH裝置示意圖

透過紅外相機，可以觀察到超聲波開啟之後，小鼠棕色脂肪所在的肩胛部分溫度顯著降低，而小鼠尾部溫度有所升高。齧齒類動物體溫調節的兩大機制就是棕色脂肪產熱和尾部血管舒張散熱，這說明超聲刺激POA使得小鼠“雙管齊下”走向體溫降低。從影片記錄可以看出，小鼠的活動也減少了。

超聲波開啟後小鼠體溫下降

使用植入小鼠腹腔的無線溫度感測器，記錄到小鼠核心體溫下降了3.26±0.19℃，小鼠耗氧率降低36.61±1.74%，這些資料與之前研究透過禁食誘導的小鼠torpor狀態相當。心電圖顯示，小鼠心率下降47.3%。

小鼠的呼吸商（RQ）降至0.72±0.01，這說明小鼠的能量代謝已經從消耗碳水化合物+脂肪全面轉向脂肪供能，這也是冬眠的一大特徵。

實驗分別在22℃室溫和6℃、30℃的環境下進行，都能成功誘導UIH，在低溫條件下效果更好，說明環境溫度也有影響。

UIH小鼠核心體溫、耗氧率和呼吸商變化

透過建立反饋控制系統，就可以實現超過24小時的長期UIH控制，實驗小鼠狀態良好，在反饋程式關閉1小時內，體溫就能逐漸恢復到正常水平。

研究者進一步分析了整個過程中的神經通路，高通量測序分析了21886個神經元，確定了參與UIH的POA神經元簇，並找到了關鍵的超聲敏感離子通道TRPM2。

POA被超聲波啟用後，下游的背側下丘腦等多個腦區產生響應，具體神經迴路還有待進一步分析。

研究者還在大鼠中測試了UIH。大鼠是一種不會冬眠也不會自然進入torpor狀態的動物，但UIH也能夠誘導大鼠體溫降低，只是核心體溫最高只降低了1.33±0.22℃，幅度比小鼠要小得多。

然而，要驗證超聲波是否能夠在人類身上誘導類似冬眠的torpor狀態，未來仍需要進行大量的研究和實證工作，以確定其可行性。

參考資料：

[1]Yang, Y., Yuan, J., Field, R.L. et al. Induction of a torpor-like hypothermic and hypometabolic state in rodents by ultrasound. Nat Metab 5, 789–803 (2023). https://doi.org/10.1038/s42255-023-00804-z

來自： 奇點網