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科学家用超声波刺激动物大脑让其实现冬眠,未来可用于太空旅行

2023/5/29 9:53:55 来源:IT之家 作者:远洋 责编:远洋

IT之家 5 月 29 日消息,近日华盛顿大学圣路易斯分校的一支多学科团队,开发出一种创新的无创方法,通过用超声波刺激哺乳动物的中枢神经系统,使其进入类似冬眠的状态。该技术针对大脑中的下丘脑前区,能有效降低小鼠的体温和代谢率,使其进入一种类似于某些动物为了适应极端环境而采取的自然冬眠机制的状态。据IT之家了解,这种非侵入性技术可以用于太空旅行等场景,或者用于有疾病的患者以节约体能。该研究发表在《自然代谢》杂志上。

华盛顿大学圣路易斯分校的生物医学工程和放射肿瘤学副教授陈红(音译)和她的团队,利用可穿戴的超声波换能器来刺激小鼠大脑中的下丘脑前区神经元。当这些神经元被刺激时,小鼠的体温下降了约 3 摄氏度,持续了一个小时。此外,小鼠的代谢也从使用碳水化合物和脂肪获取能量转变为只使用脂肪,这是冬眠的一个关键特征,而且小鼠的心率在室温下也下降了约 47%。研究人员还发现,随着超声波压力和持续时间的增加,所诱导的低体温和低代谢(UIH)的程度也随之增加。

为了了解超声波诱导低体温和低代谢是如何被激活的,研究人员研究了下丘脑前区神经元在超声波刺激下的活动动态。他们观察到每个超声波脉冲都能引起神经元活动的一致增加,这与小鼠体温的变化相一致。“这些发现揭示了 UIH 是由超声波激活下丘脑前区神经元引起的。”博士后研究员杨耀恒(音译)说,“我们发现经颅刺激下丘脑前区足以诱导 UIH,揭示了这个区域在调控小鼠类似冬眠状态中的关键作用。”

陈红和她的团队还想找到让这些神经元对超声波敏感的分子。通过基因测序,他们发现超声波激活了下丘脑视前区神经元中的 TRPM2 离子通道。在一系列实验中,他们证明 TRPM2 是一个对超声波敏感的离子通道,并且对 UIH 的诱导有贡献。

在老鼠之外,他们还在不具有自然冬眠或休眠能力的大鼠身上进行了实验,通过对下丘脑前区施加超声波,发现大鼠的皮肤温度,特别是棕色脂肪组织区域的温度有所下降,以及核心体温下降了约 1 摄氏度,类似于自然冬眠。

“UIH 有望实现科学界自上世纪 60 年代以来一直追求的目标,即无创和安全地诱导类似冬眠的状态。”陈红说,“超声波刺激具有一种独特的能力,即无创地到达动物和人类大脑中的深层区域,并具有高空间和时间精度。”

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关键词:超声波神经元

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