科学家发现大脑开关 冬眠接近人类
本文转载自公众号：十点科学
太空旅行如何度过长时间，降低能耗？人工冬眠应该是首选。
在科幻电影中，我们经常看到人类进入冬眠。为了穿越浩瀚的太空，宇航员们把漫长的旅程变成了美梦。一些绝症患者，为了等待治愈，通过冬眠将生命推迟到未来几十年。
然而，冬眠在人类身上实现的可能性有多大呢的？是目前的一个难题。然而，层出不穷的新研究为人工冬眠注入了逼真的色彩。
最近，日本的一项研究首次在大脑中发现了控制冬眠的开关。通过对特定的脑区施加药物刺激可以自由地操纵实验小鼠进入或退出类似冬眠的低代谢状态。
这是人类首次在动物身上发现并利用类似的调节机制。研究细节发表在《自然》杂志6月号。
冬眠：冻结时间的魔法
冬眠在自然界并不罕见。每年冬天来临，刺猬蜷缩成温暖的蚱蜢，蝙蝠蹲伏在黑暗的洞穴深处，蜂鸟进入短暂的睡眠.蜗牛、昆虫、青蛙、蛇等。不能像夏天那样精力充沛，他们把自己托付给天地，把自己“封印”在冰雪之下。
恒温动物,的哺乳动物和鸟类等，积极抑制新陈代谢活动的速度，降低体温，在食物匮乏的时候过冬，这就是所谓的狭义冬眠。
广义的冬眠也包括鱼类、两栖类、爬行类和昆虫等节肢动物，以及陆生贝类，由于缺乏有效的体温调节机制，被动冬季会陷入冰冻状态。
对于作为温血动物的人类来说，狭义的冬眠当然更有研究价值。
有冬眠习性的温血动物(上)和热致动物(下)|卡通创意，500PX
恒温动物在陷入冬眠时，代谢率和体温都会大幅下降.比如西伯利亚花栗鼠冬眠时，能量消耗只有正常状态的13%，心率从每分钟400次下降到10次，呼吸从每分钟200次下降到1到5次，体温从37度下降到仅仅5度。加州金背松鼠冬眠时，体温从39度降到2度。
有趣的是，即使在冬眠中，它们的体温也始终保持不变，就像体内有一个开关可以在两种温度之间切换一样。
在冬眠中，它有一个身体的感觉仍然存在,这是非常不同于温度变化的动物。如果对它施加强烈的触摸或声音刺激，它会短暂地从冬眠中醒来。
冬眠是特定物种的一种固有习惯，一般我们很难让原本没有冬眠习性的物种做出冬眠行为.因为普通的人类实验动物，如老鼠和兔子，没有冬眠的习惯，所以我们对冬眠的机制知之甚少。
然而，令人惊讶的是，在日本科学家的这项新研究中，研究人员竟然将没有冬眠习惯的老鼠和兔子置于冬眠状态！
脑区刺激，让恒温动物进入冬眠状态
和人脑一样，鼠脑也有很多分区，不同的分区有不同的功能。研究发现，只要对下丘脑的一小块区域施加特殊刺激，小鼠就会进入数天的低体温、低代谢的休眠状态，这与冬眠行为非常相似。
刺激的方式也很简单，就是给小鼠静脉注射一种叫CNO的药物。这么简单的方法，就能达到这么惊人的效果，让人惊叹。
详细分析表明，休眠小鼠的体温设定点(一定恒温下的体温)约为28度，比正常的37度低9度。这个温度可以认为是老鼠在这种状态下刻意维持的体温，就像西伯利亚花栗鼠冬眠时的体温是5度一样。
休眠小鼠(右)与正常小鼠(左)体温比较|参考文献3
还发现，当外界温度低于28时，休眠小鼠会蜷曲起来，肌肉震颤。与此同时，已经大大减缓的代谢率急剧上升，以尽可能将体温保持在20度以上。
这表明实验老鼠即便是在休眠状态下，也会通过一系列（或许是无意识的）行为让体温维持在适宜水平，不至于下降到威胁生命的程度.
因为冬眠动物的温度设定点是亿万年进化过程中形成的固有特征，设定点越高，意味着代谢率不会降低太多。因此，如何进一步降低冬眠动物的温度设定值是今后的研究重点之一。
研究人员还对休眠解除后的老鼠进行了测试，发现它们的运动能力和记忆能力并没有受到可观测的影响.解剖结果也显示，它们的大脑、心脏、肌肉和其他组织器官没有明显变化。
更可喜的是，同一个鼠标可以在休眠状态和正常状态之间反复切换，表明这种休眠是可逆性的.这为实际应用提供了更多的可能性。
除了老鼠，研究人员还在兔子身上做了同样的实验。兔子体重是老鼠的10倍，没有冬眠习惯，但实验中观察到类似的诱发冬眠现象。
接下来，研究人员将重点关注包括灵长类动物在内的一些高等物种，以帮助我们朝着——人类冬眠的最终目标前进。
领导这项研究的筑波大学医学部的樱井武史教授说：“我们猜测，不论是否存在冬眠习性，休眠诱导神经都广泛存在于哺乳动物脑中.当出现食物短缺或药物刺激等紧急情况时，他们诱发睡眠的神经可能会被激活。这对于一些极端情况下的生存挑战显然意义重大。
“冬眠开关”可能在哺乳动物中普遍存在
未来不止是星辰大海
实验动物可控的低代谢和极低体温耐受能力表明，在不破坏生命力的情况下，人工降低生物体的氧气和能量消耗是可能的。
因为能量消耗大大降低，身体的衰老速度也可能大大降低，生物寿命有望延长。这完全符合人类未来太空旅行的愿望。
就算不提太空旅行，光是眼前丰富的应用场景就足以让人兴奋。
例如，在医学领域，重症病人's的身体经不起过度消耗，而且常常在切除病灶前因器官衰竭而失去生命。如果能人为降低代谢率，就会减缓疾病的进展和身体的透支，为疾病治疗创造有利条件。
以及危重伤病员.的处理问题想象一下，在未来，如果一个病人或伤员在远离医院的地方遇到紧急情况，我们可以在运送途中将他的身体调节到低代谢状态，这样他就可以在接受常规治疗之前保持他唯一的活力。
冬眠还有一个吸引人的地方是，冬眠的动物在自我醒来的时候，身体仍然可以保持原来的活力，肌肉也不会收缩。这可能有助于我们找到一种方法来保持久病卧床的人的正常运转。
不过话说回来，尽管有了这个惊人的突破，我们离人工冬眠还有很长的路要走。
比如这个冬眠实验，动物体温的降低还是有限的，实验小鼠的代谢率远没有下降到真正啮齿类动物的冬眠水平。这项研究涉及的神经群是否真的是调节冬眠的关键，还需要更细致的论证。
然而，这项研究无疑为我们打开了一扇门，让我们看到了未来人工冬眠的无限可能性。
人工冬眠将给我们带来无限的想象| Freepik.com
参考文献：
1.一个离散的神经元回路在啮齿类动物中诱导一种类似冬眠的状态
2.打开温控系统的开关
3.究極省」、人工冬眠筑波大発見
https://www.asahi.com/articles/photo/AS20200611004878.html