對於某些物種來說，當外部情況變得惡劣時，它們會自發進入冬眠狀態，透過降低體溫減緩新陳代謝，就像把身體狀態調至「待機」模式一樣。
雖然人類不會自發進入這種狀態，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，科學家致力於研究讓人類也具備進入類似冬眠狀態的能力，這種功能可能會在一些特定場景中發揮作用，比如重癥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態。不過，小鼠天生就具備冬眠能力，因此，研究人員在不能自發冬眠的大鼠身上測試了這項技術。該項研究成果於2023年在【自然-代謝】（Nature Metabolism）雜誌上發表，這為透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。圖片來源：參考文獻 [1]
研究人員在小鼠身上放置了類似頭盔的探針，試圖透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態。團隊選用了與醫學用途（例如產前篩查）頻率不同的超音波，瞄準下視丘前視區（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（位於上背部的高代謝脂肪組織）發送訊號，溫度過低就會升高體溫，而來自前視區的超音波刺激訊號則抑制了褐色脂肪組織的活動，防止體溫升高。
為了確認降溫效果，研究人員使用紅外攝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態的其他跡象，如運動量減少和心率下降。
實驗中的小鼠體溫降低了。圖片來源：參考文獻[1]
不過，小鼠在受到驚嚇或感到壓力時也會自發進入冬眠狀態。為了證明小鼠溫度下降不是由於壓力或恐懼因素導致，研究人員將註意力轉向了不具備這種自然反應的大鼠。
實驗結果表明，超音波訊號在大鼠體內誘發了更低的體溫，這證實了超音波作用於前視區是導致類似冬眠狀態的原因。不過，科學家表示，大鼠實驗只是概念驗證的一個過程，距離實際套用還很遠。
研究人員透過超音波刺激使小鼠處於24小時「冬眠」狀態。 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，小鼠迅速恢復正常體溫和新陳代謝狀態，而這整個過程並沒有對小鼠產生明顯的負面影響。
對於這種現象，科學家在深入研究細胞反應後發現，超音波影響著離子（如鈣離子）流入前視神經元的過程，觸發了到達褐色脂肪的訊號，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。
超音波透過啟用 POA 中的神經元引起體溫過低和代謝減退。圖片來源：參考文獻[1]
上述結果表明，這種蛋白質就像一個「奈米開關」，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，研究人員需要將一種蛋白質的基因註入目標區域，以啟用（光線或藥物刺激）目標細胞，實驗過程復雜且安全性低。而這種非侵入性的新方法不僅操作靈活，安全性也高，還可以根據需要隨時調整超音波刺激力度，具有非常大的套用潛力。
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套用時，就需要投入更多研究並慎重處理了。
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」，套用空間會很廣泛。
例如，可以套用在 中風或心臟病患者前往醫院搶救的過程中，由於這兩種緊急情況會導致受影響組織缺氧，而「冬眠」狀態對氧氣需求量低，可以延緩或預防身體損傷，這會確保他們在進入重癥監護室之前生命安全不受影響。而且，在重癥監護室中，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套用，即未來場景中的星際旅途，「冬眠」狀態可以幫助人類輕松度過太空中的漫長時光。
科學家表示，下一個研究目標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，實驗數據最接近人類。之後，這項技術才會逐漸套用到猴子、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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