对于某些物种来说，当外部情况变得恶劣时，它们会自发进入冬眠状态，通过降低体温减缓新陈代谢，就像把身体状态调至“待机”模式一样。

虽然人类不会自发进入这种状态，但我们身边有很多动物具备这种功能，比如松鼠和熊。

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一直以来，科学家致力于研究让人类也具备进入类似冬眠状态的能力，这种功能可能会在一些特定场景中发挥作用，比如重症监护室中对病人的治疗过程，以及长途太空旅行场景等。

利用超声波“冬眠”的小鼠

科学家们使用治疗性超声波瞄准小鼠大脑深层区域，让小鼠成功进入类似冬眠的状态。不过，小鼠天生就具备冬眠能力，因此，研究人员在不能自发冬眠的大鼠身上测试了这项技术。该项研究成果于2023年在《自然-代谢》（Nature Metabolism）杂志上发表，这为通过超声波调控大脑生理活动的研究提供了潜在的可能和参考。

冬眠新实验。图片来源：参考文献 [1]

研究人员在小鼠身上放置了类似头盔的探针，试图通过超声波刺激大脑深层结构，非侵入性地诱发类似冬眠的状态。团队选用了与医学用途（例如产前筛查）频率不同的超声波，瞄准下丘脑前视区（该区域包含先前研究中表明的，在冬眠中发挥作用的神经元）。

这些神经元受超声波刺激后，会向褐色脂肪组织（位于上背部的高代谢脂肪组织）发送信号，温度过低就会升高体温，而来自前视区的超声波刺激信号则抑制了褐色脂肪组织的活动，防止体温升高。

为了确认降温效果，研究人员使用红外摄像机跟踪褐色脂肪区域的皮肤冷却情况以及动物尾巴散热情况。同时，他们还测量到小鼠减少了氧气利用量，这再次表明，小鼠减缓了新陈代谢速度。除了脂肪降温和新陈代谢迟缓，小鼠还表现出了类似冬眠状态的其他迹象，如运动量减少和心率下降。

实验中的小鼠体温降低了。图片来源：参考文献[1]

不过，小鼠在受到惊吓或感到压力时也会自发进入冬眠状态。为了证明小鼠温度下降不是由于压力或恐惧因素导致，研究人员将注意力转向了不具备这种自然反应的大鼠。

实验结果表明，超声波信号在大鼠体内诱发了更低的体温，这证实了超声波作用于前视区是导致类似冬眠状态的原因。不过，科学家表示，大鼠实验只是概念验证的一个过程，距离实际应用还很远。

研究人员通过超声波刺激使小鼠处于24小时“冬眠”状态。当体温上升时，超声波刺激会重新启动，像调节器一样降低小鼠体温；在关闭超声波刺激后，小鼠迅速恢复正常体温和新陈代谢状态，而这整个过程并没有对小鼠产生明显的负面影响。

对于这种现象，科学家在深入研究细胞反应后发现，超声波影响着离子（如钙离子）流入前视神经元的过程，触发了到达褐色脂肪的信号，阻止了动物体温升高。果然，研究人员去除控制这种离子（如钙离子）流动的蛋白质后，超声波对降低体温的效果就相应减弱了。

超声波通过激活 POA 中的神经元引起体温过低和代谢减退。图片来源：参考文献[1]

上述结果表明，这种蛋白质就像一个“纳米开关”，这是该项研究最重要的发现。由此我们不难联想，或许其他大脑区域中也存在对超声波敏感的类似蛋白质。

对比之前的研究，要达到这种“冬眠”效果，研究人员需要将一种蛋白质的基因注入目标区域，以激活（光线或药物刺激）目标细胞，实验过程复杂且安全性低。而这种非侵入性的新方法不仅操作灵活，安全性也高，还可以根据需要随时调整超声波刺激力度，具有非常大的应用潜力。

不过，利用超声波改变大脑活动的实验可能会涉及伦理问题，尤其当未来涉及到人类应用时，就需要投入更多研究并慎重处理了。

人类实现“冬眠”还需要多久？

话说回来，如果在人类身上实现“非侵入性诱导冬眠”，应用空间会很广泛。

例如，可以应用在中风或心脏病患者前往医院抢救的过程中，由于这两种紧急情况会导致受影响组织缺氧，而“冬眠”状态对氧气需求量低，可以延缓或预防身体损伤，这会确保他们在进入重症监护室之前生命安全不受影响。而且，在重症监护室中，诱导“冬眠”会相应减少护理患者所需的药物剂量和监测措施。

还有一个可能存在的潜在应用，即未来场景中的星际旅途，“冬眠”状态可以帮助人类轻松度过太空中的漫长时光。

科学家表示，下一个研究目标应该会选择在较大的非人类动物身上测试，有可能是猪，因为它们没有毛发，体温与人类相似，实验数据最接近人类。之后，这项技术才会逐渐应用到猴子、人类身上。

我们对实现“冬眠”的探索，道路漫漫亦灿灿。

参考文献

[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).

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作者丨地星引力 科普创作者

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责编丨董娜娜

审校丨徐来 林林