對于某些物種來說，當外部情況變得惡劣時，它們會自發進入冬眠狀态，通過降低體溫減緩新陳代謝，就像把身體狀态調至“待機”模式一樣。
雖然人類不會自發進入這種狀态，但我們身邊有很多動物具備這種功能，比如松鼠和熊。
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一直以來，科學家緻力于研究讓人類也具備進入類似冬眠狀态的能力，這種功能可能會在一些特定場景中發揮作用，比如重症監護室中對病人的治療過程，以及長途太空旅行場景等。
利用超音波“冬眠”的小鼠
科學家們使用治療性超音波瞄準小鼠大腦深層區域，讓小鼠成功進入類似冬眠的狀态。不過，小鼠天生就具備冬眠能力，是以，研究人員在不能自發冬眠的大鼠身上測試了這項技術。該項研究成果于2023年在《自然-代謝》（Nature Metabolism）雜志上發表，這為通過超音波調控大腦生理活動的研究提供了潛在的可能和參考。
冬眠新實驗。圖檔來源：參考文獻 [1]
研究人員在小鼠身上放置了類似頭盔的探針，試圖通過超音波刺激大腦深層結構，非侵入性地誘發類似冬眠的狀态。團隊選用了與醫學用途（例如産前篩查）頻率不同的超音波，瞄準下丘腦前視區（該區域包含先前研究中表明的，在冬眠中發揮作用的神經元）。
這些神經元受超音波刺激後，會向褐色脂肪組織（位于上背部的高代謝脂肪組織）發送信号，溫度過低就會升高體溫，而來自前視區的超音波刺激信号則抑制了褐色脂肪組織的活動，防止體溫升高。
為了确認降溫效果，研究人員使用紅外錄影機跟蹤褐色脂肪區域的皮膚冷卻情況以及動物尾巴散熱情況。同時，他們還測量到小鼠減少了氧氣利用量，這再次表明，小鼠減緩了新陳代謝速度。除了脂肪降溫和新陳代謝遲緩，小鼠還表現出了類似冬眠狀态的其他迹象，如運動量減少和心率下降。
實驗中的小鼠體溫降低了。圖檔來源：參考文獻[1]
不過，小鼠在受到驚吓或感到壓力時也會自發進入冬眠狀态。為了證明小鼠溫度下降不是由于壓力或恐懼因素導緻，研究人員将注意力轉向了不具備這種自然反應的大鼠。
實驗結果表明，超音波信号在大鼠體内誘發了更低的體溫，這證明了超音波作用于前視區是導緻類似冬眠狀态的原因。不過，科學家表示，大鼠實驗隻是概念驗證的一個過程，距離實際應用還很遠。
研究人員通過超音波刺激使小鼠處于24小時“冬眠”狀态。當體溫上升時，超音波刺激會重新啟動，像調節器一樣降低小鼠體溫；在關閉超音波刺激後，小鼠迅速恢複正常體溫和新陳代謝狀态，而這整個過程并沒有對小鼠産生明顯的負面影響。
對于這種現象，科學家在深入研究細胞反應後發現，超音波影響着離子（如鈣離子）流入前視神經元的過程，觸發了到達褐色脂肪的信号，阻止了動物體溫升高。果然，研究人員去除控制這種離子（如鈣離子）流動的蛋白質後，超音波對降低體溫的效果就相應減弱了。
超音波通過激活 POA 中的神經元引起體溫過低和代謝減退。圖檔來源：參考文獻[1]
上述結果表明，這種蛋白質就像一個“納米開關”，這是該項研究最重要的發現。由此我們不難聯想，或許其他大腦區域中也存在對超音波敏感的類似蛋白質。
對比之前的研究，要達到這種“冬眠”效果，研究人員需要将一種蛋白質的基因注入目标區域，以激活（光線或藥物刺激）目标細胞，實驗過程複雜且安全性低。而這種非侵入性的新方法不僅操作靈活，安全性也高，還可以根據需要随時調整超音波刺激力度，具有非常大的應用潛力。
不過，利用超音波改變大腦活動的實驗可能會涉及倫理問題，尤其當未來涉及到人類應用時，就需要投入更多研究并慎重處理了。
人類實作“冬眠”還需要多久？
話說回來，如果在人類身上實作“非侵入性誘導冬眠”，應用空間會很廣泛。
例如，可以應用在中風或心髒病患者前往醫院搶救的過程中，由于這兩種緊急情況會導緻受影響組織缺氧，而“冬眠”狀态對氧氣需求量低，可以延緩或預防身體損傷，這會確定他們在進入重症監護室之前生命安全不受影響。而且，在重症監護室中，誘導“冬眠”會相應減少護理患者所需的藥物劑量和監測措施。
還有一個可能存在的潛在應用，即未來場景中的星際旅途，“冬眠”狀态可以幫助人類輕松度過太空中的漫長時光。
科學家表示，下一個研究目标應該會選擇在較大的非人類動物身上測試，有可能是豬，因為它們沒有毛發，體溫與人類相似，實驗資料最接近人類。之後，這項技術才會逐漸應用到猴子、人類身上。
我們對實作“冬眠”的探索，道路漫漫亦燦燦。
參考文獻
[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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