激活大腦的正確部分可以讓長途旅行者睡到星星上。

人類要想在星際間冒險,就必須解決一些繁重的後勤問題。

其中最重要的是所涉及的旅行時間。太空如此之大,而人類技術又如此有限,以至於前往另一顆恆星所需的時間是一個重大障礙。

例如,航海家1號探測器以目前的速度需要 7.3 萬年才能到達離太陽最近的比鄰星。

航海家號在 40 多年前發射升空,而最近的航天器可能會飛得更快;即便如此,以我們目前的技術,這段旅程仍然需要數千年的時間。

而一種潛在的解決方案是世代飛船,它見證多代太空旅行者的生死存亡在到達最終目的地之前。另一種是人工休眠,如果它能夠成功實施的話。

這是中國科學院深圳先進技術研究院(SIAT)的科學家們已經開始研究的;不是在人類身上,而是在猴子身上,通過化學觸發低溫的狀態。

研究人員在他們的論文中寫道:「在這裡,我們表明通過化學基因策略激活視前區 (POA) 神經元亞群,可以可靠地誘導麻醉和自由活動的獼猴出現體溫過低。總而言之,我們的研究結果證明了靈長類動物體溫的中央調節,並為未來在臨床實踐中的應用鋪平了道路。」

冬眠及其略為不那麼昏迷的狀態-休眠,是使動物能夠抵禦不利條件的生理狀態,例如極端寒冷和低氧等。

體溫降低,新陳代謝減慢,使身體處於基本的「維持模式」——這是維持生命同時防止萎縮的最低限度。

這可以在幾種動物中找到,包括溫血哺乳動物,但靈長類動物很少。SIAT 的神經科學家 Wang Hong 和 Dai Ji 想看看他們是否可以通過化學操縱下丘腦中負責睡眠和體溫調節過程的神經元——視前神經元,人為地誘導靈長類動物進入低代謝狀態,甚至冬眠狀態。

該研究是在三隻年輕的雄性食蟹猴 (Macaca fascicularis) 身上進行的。在麻醉和非麻醉狀態下,研究人員都使用了旨在激活大腦中特定修飾受體的藥物,這些受體被稱為設計藥物獨家激活的設計受體,或 DREADDs。

然後,科學家們利用功能性磁共振成像、行為變化以及生理和生化變化對結果進行研究。

視前神經元在體溫過低中的作用的插圖。(SIAT)

Dai 說:「為了研究視前區 (POA) 激活導致的全腦網絡,我們進行了 fMRI 掃描,並確定了涉及體溫調節和內感受的多個區域。」

「這是第一個 fMRI 研究,旨在研究化學基因激活所展現的全腦功能聯繫。」

研究人員發現,一種名為氯氮平 N-氧化物 (CNO) 的合成藥物在獼猴的麻醉和清醒狀態下都能可靠地誘導體溫過低。

然而,在麻醉的猴子中,CNO 引起的體溫過低導致核心體溫下降,從而阻止了外部加熱。研究人員表示,這證明了 POA 神經元在靈長類動物體溫調節中的關鍵作用。

研究人員記錄了清醒猴子的行為變化,並將其與誘導體溫過低的老鼠進行了比較。通常,老鼠會減少活動,並且它們的心率會降低以試圖保存熱量。

相比之下,猴子表現出更高的心率和活動水平,此外,還開始發抖。這表明靈長類動物的體溫調節比老鼠更複雜;如果可以的話人類的冬眠將需要考慮到這一點。

Wang 說:「這項工作首次成功展現了基於定向神經元操作的靈長類動物體溫過低。隨著人類對太空飛行的熱情越來越高,這種低溫猴子模型是通往人工冬眠的漫長道路上的一個里程碑。」

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參考資料:

  1. Starr,M., (2022,Dec 29). Monkey Experiment Reveals a Brain Switch That Could Be Useful For Space Travel. ScienceAlert
  2. Zhang, Z., Shan, L., Wang, Y., Li, W., Jiang, M., Liang, F., Feng, S., Lu, Z., Wang, H., & Dai, J. (2023). Primate preoptic neurons drive hypothermia and cold defense. The Innovation, 4(1). https://doi.org/10.1016/j.xinn.2022.100358
  3. 圖片來源:https://www.sciencealert.com/monkey-experiment-reveals-a-brain-switch-that-could-be-useful-for-space-travel(圖:EvgeniyShkolenko/Getty Images/SIAT)
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