这个研究的最核心内容是通过超声刺激下丘脑体温控制的神经元，让动物核心体温下降，实现代谢率下降的冬眠状态。过去使用光遗传学技术的冬眠诱导已实现，现在是无创的超声波刺激，有希望应用于人类。这也说明超声刺激神经元的有效性，这种刺激的特殊优点将有希望代替其他神经刺激方法，如有创伤的光刺激技术和电极植入技术，可能会和直流电和磁刺激技术结合起来，发展出更有优点的超声神经刺激疗法。

Ultrasound brain pulses put mice in a hibernation-like state | Science | AAAS

解决漫长太空旅行的一个美好假设是人体冰冻，让人处于冬眠状态。这已经成为一种经典的科幻桥段：星际旅行中的宇航员被关在光滑的冷藏舱中，处于假死状态。虽然这些冷藏舱仍然纯粹是虚构的，但科学家们一直在研究诱导人类的冬眠状态，以减少心脏病发作和中风等医疗条件造成的损害，并减少未来长途太空逗留的压力和成本。

在今天发表在《自然代谢》（Nature Metabolism）杂志上的一项研究中，科学家们报告说，他们可以通过用超声波脉冲靶向小鼠大脑的一部分来触发小鼠的类似状态。一些专家称这是在人类身上实现这一壮举的重要技术步骤，而另一些专家则表示，将结果推断到我们的物种是一种延伸。

Induction of a torpor-like hypothermic and hypometabolic state in rodents by ultrasound | Nature Metabolism

“这是一篇了不起的论文，”内华达大学拉斯维加斯分校研究冬眠的生物学家弗兰克·范·布勒克伦（Frank van Breukelen）说，他是该研究的一篇社论的合著者。这项工作建立在最近的一系列研究的基础上，这些研究确定了下丘脑视前区（POA）区域中的特定神经元群体。这些细胞就像“torpor”的开关 - 动物在危险的寒冷或营养不良时进入的缓慢，节能状态。在之前的研究中，科学家对这些神经元进行了基因改造，使其对光或某些化学物质做出反应，并发现它们可能导致小鼠即使在温暖和吃饱的情况下也进入睡眠状态。然而，这种侵入性技术不容易转化到人类，Breukelen指出。“这真的不会发生在人身上。

这项新的超声研究由圣路易斯华盛顿大学的生物工程师Hong Chen和她的团队领导，不需要基因工程。Chen从以前的研究中知道，一些神经元具有称为TRPM2离子通道的特殊孔，这些孔响应超声波而改变形状，包括控制小鼠Torpor的POA细胞亚群。为了了解这对动物的行为有什么影响，她的团队接下来在小鼠的头部粘上了微型的扬声器状设备，将这些波聚焦在POA上。

对一系列3.2兆赫兹的脉冲产生反应，啮齿动物的核心体温下降了约3°C。 小鼠通过将身体热量转移到尾巴上来冷却 - 这是Torpor的典型标志，Bruekelen指出 - 它们的心率和新陈代谢减慢。当动物的体温开始回升时，通过自动提供额外的超声波脉冲，研究人员可以使小鼠保持这种状态长达24小时。当他们使迷你扬声器静音时，小鼠恢复正常，显然没有不良后果。

然后，Chen的团队在12只大鼠身上重复了这个实验 - 这些大鼠不会自然地进入寒冷或食物短缺 - 并发现了类似的效果，尽管它们的体温仅下降了1°C至2°C。 研究人员说，这表明这项技术即使在通常不冬眠的动物身上也可能有效。

Breukelen说，他对团队结果的信心得到了加强，因为当研究人员将超声波引导到其他大脑区域时，小鼠似乎并没有进入扭曲状态。这表明动物的新陈代谢减少确实是由刺激POA中的神经元引起的，而不仅仅是“扰乱”大脑功能。“我认为没有人想要一种依赖于简单地关闭大脑的疗法，后果是会死的，”他说。他还鼓励研究人员在大鼠身上重现了同样的效果。虽然人类不会自然冬眠，但这种能力几乎存在于每个哺乳动物谱系的物种中，从马达加斯加的肥尾侏儒狐猴到北极地松鼠。他说，也许人类和老鼠一样，也拥有进入类似于冬眠的隐藏能力。

其他人则不相信。俄勒冈健康与科学大学的肖恩·莫里森（Shaun Morrison）怀疑科学家是否真的在小鼠身上观察到了假象。他说，超声波刺激使大脑变暖，因此研究人员实际上可能正在激活该区域对温度敏感的神经元，导致动物降低体温作为回应。即使效果是真实的，他也怀疑我们是否会很快使用超声波将宇航员置于假死状态。莫里森指出，人们的大脑比老鼠的大脑大得多，POA埋得更深，这使得陈和她的同事使用的迷你扬声器更难瞄准。“这种超声技术不太可能像在小鼠身上那样在人类身上起作用。

论文摘要

Torpor是一种能量守恒状态，动物会显着降低其新陈代谢率和体温以在恶劣的环境条件下生存。在这里，我们报告了通过下丘脑视前区（POA）的远程经颅超声刺激对啮齿动物的Torpor样低温和低代谢状态的无创，精确和安全的诱导。我们通过自动检测体温的超声波刺激的闭环反馈控制，在小鼠中实现持久（>24小时）的torpor样状态。超声诱导的体温过低和代谢减退（UIH）是由POA神经元的激活触发的，涉及背侧下丘脑作为下游大脑区域，随后抑制产热棕色脂肪组织。POA神经元的单核RNA测序揭示了TRPM2作为超声敏感离子通道，其敲低抑制UIH。我们还证明了UIH在非鱼雷动物大鼠中是可行的。我们的研究结果确立了UIH是一种有前途的技术，用于无创和安全诱导类似Torpor状态。

TRPM2作为超声敏感离子通道，那么所有和这种离子通道相关的神经功能，都可以利用超声波进行神经移植操作。理论上这是一种特异性体温控制技术，能代替传统的阿司匹林等化学解热药物的作用。

Torpor与冬眠一样，是一种生理状态，哺乳动物在这种状态下积极抑制新陈代谢，降低体温并减缓其他生活过程，以保存能量并在致命条件和寒冷的环境温度下生存。.通过人工手段诱导类似低体温和代谢低下的概念最初是在1960年提出的，作为一种生物医学解决方案，以减少长期载人航天飞行期间的能源消耗。Torpor样体温过低和代谢低下也可以通过减缓新陈代谢和疾病进展来增加患者在危及生命的条件下（例如心脏病发作或中风）的生存概率。

无创和安全诱导类似 torpor 状态被认为是仅限于电影和小说的科幻小说。尽管进行了几十年的研究，但仍未实现。最初的概念提出冬眠受内源性血液物质的调节并致力于寻找通过系统性抑制新陈代谢诱导类似 torpor 状态的内源性物质。现在人们认为，Torpor由中枢神经系统（CNS）控制，以精确协调众多功能。据报道，颅内直接注射靶向中枢神经系统通路的药物可诱发类似于自然低血糖的深度低温状态。最近的开创性研究在下丘脑POA中发现了几个神经元群体，这些神经元群体调节啮齿动物的肚兜和冬眠。这些用于光遗传学和化学遗传学操作的神经元群体的基因工程获得了小鼠Torpor/冬眠的关键行为和生理特征。尽管诱导类似Torpor状态的这些技术进步很有希望，但这些方法需要手术干预或基因工程，限制了这些方法的广泛应用和对人类的转化。

超声波是唯一可用的能量形式，可以无创地穿透颅骨，并以毫米级精度聚焦大脑内的任何位置，并且没有电离辐射。这些功能，以及其安全性，便携性和低成本，使超声波成为小动物神经调控的有前途的技术。非人灵长类动物和人类，尽管其机制仍然难以捉摸。在这里，我们报告了通过POA处的远程超声刺激对小鼠进行无创，精确和安全的诱导（图）。我们发现该UIH与Torpor相关POA神经元中表达的TRPM2离子通道的超声激活有关。我们揭示了下丘脑背侧作为下游大脑区域和棕色脂肪组织作为效应组织在UIH调节中的潜在参与。我们还证明，POA的超声刺激成功地诱导了大鼠的体温过低。