科學家用超音波刺激動物大腦讓其實現冬眠，未來可用於太空旅行

近日華盛頓大學聖路易分校的一支多學科團隊，開發出一種創新的無創方法，透過用超音波刺激哺乳動物的中樞神經系統，使其進入類似冬眠的狀態。該技術針對大腦中的下視丘前區，能有效降低小鼠的體溫和代謝率，使其進入一種類似於某些動物為了適應極端環境而採取的自然冬眠機制的狀態。據瞭解，這種非侵入性技術可以用於太空旅行等場景，或者用於有疾病的患者以節約體能。該研究發表在《自然代謝》雜誌上。

華盛頓大學聖路易分校的生物醫學工程和放射腫瘤學副教授陳紅（音譯）和她的團隊，利用可穿戴的超音波換能器來刺激小鼠大腦中的下視丘前區神經元。當這些神經元被刺激時，小鼠的體溫下降了約 3 攝氏度，持續了一個小時。此外，小鼠的代謝也從使用碳水化合物和脂肪獲取能量轉變為只使用脂肪，這是冬眠的一個關鍵特徵，而且小鼠的心率在室溫下也下降了約 47%。研究人員還發現，隨著超音波壓力和持續時間的增加，所誘導的低體溫和低代謝（UIH）的程度也隨之增加。

為了瞭解超音波誘導低體溫和低代謝是如何被啟動的，研究人員研究了下視丘前區神經元在超音波刺激下的活動動態。他們觀察到每個超音波脈衝都能引起神經元活動的一致增加，這與小鼠體溫的變化相一致。「這些發現揭示了 UIH 是由超音波啟動下視丘前區神經元引起的。」博士後研究員楊耀恆（音譯）說，「我們發現經顱刺激下視丘前區足以誘導 UIH，揭示了這個區域在調控小鼠類似冬眠狀態中的關鍵作用。」

陳紅和她的團隊還想找到讓這些神經元對超音波敏感的分子。透過基因測序，他們發現超音波啟動了下視丘視前區神經元中的 TRPM2 離子通道。在一系列實驗中，他們證明 TRPM2 是一個對超音波敏感的離子通道，並且對 UIH 的誘導有貢獻。

在老鼠之外，他們還在不具有自然冬眠或休眠能力的大鼠身上進行了實驗，透過對下視丘前區施加超音波，發現大鼠的皮膚溫度，特別是棕色脂肪組織區域的溫度有所下降，以及核心體溫下降了約 1 攝氏度，類似於自然冬眠。

「UIH 有望實現科學界自上世紀 60 年代以來一直追求的目標，即無創和安全地誘導類似冬眠的狀態。」陳紅表示，超音波刺激具有一種獨特的能力，即無創地到達動物和人類大腦中的深層區域，並具有高空間和時間精度。