把大腦冷凍起來,然后讓它重新工作,這件事在本月成為了實驗室里的真實場景。
德國埃爾蘭根-紐倫堡大學神經學家亞歷山大·格爾曼團隊,將小鼠大腦組織冷凍至零下196攝氏度并保存最長七天,解凍后神經元不僅結構完好,還能正常放電,學習與記憶的關鍵細胞機制也得到保留。這項研究發表于《美國國家科學院院刊》,被研究者稱為哺乳動物腦低溫保存領域前所未有的突破。
冷凍聽起來簡單,但對生物組織而言,這個過程幾乎等于摧毀。當水分子以普通速度冷卻時,會排列成尖銳的冰晶,刺穿細胞膜、破壞突觸連接,把精細的神經網絡切割得面目全非。這正是此前所有大腦冷凍實驗幾乎都以失敗告終的原因。
格爾曼團隊選擇的方案是"玻璃化"技術,即以極快速度降溫,讓水分子來不及結晶,直接被"鎖"進一種無序的玻璃狀固態。這種狀態下分子運動幾乎完全停止,卻不會形成任何破壞性的冰晶結構。
研究人員將小鼠腦組織切成350微米厚的切片,浸入專門配制的冷凍保護溶液,再用液氮迅速冷至零下196攝氏度,將樣本保存十分鐘至七天不等,然后完成復溫并置于顯微鏡下檢查。結果顯示,神經元細胞膜和突觸膜均保持完整,神經元對電刺激產生了正常響應,海馬體的長期增強效應也得到良好保留。
長期增強效應,是神經科學界公認的學習與記憶的細胞基礎,即神經元在反復激活后突觸連接會持續增強的機制。這種功能在如此極端的冷凍條件下依然存活,讓格爾曼本人也感到震驚。"如果大腦功能是其物理結構的涌現屬性,我們如何才能使其從完全停止運轉中恢復過來?"他在接受《自然》雜志采訪時提出了這個帶有哲學意味的問題。
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腦冷凍復活的新聞,很容易讓人聯想到科幻電影里的"冬眠艙"。但格爾曼團隊更看重的,是眼下就能觸及的醫療價值。
最直接的應用場景是器官保存。目前全球每年有數以萬計的患者因等不到匹配器官而死亡,核心瓶頸之一就是捐獻器官的保存窗口極短,心臟通常只有4到6小時,腎臟也不超過36小時,稍有延誤就面臨功能損傷。如果玻璃化技術能成功應用于完整器官,將從根本上打破時間與距離的限制,使器官在全球范圍內調配成為可能。
另一個應用方向是神經外科手術中的大腦保護。在某些復雜手術中,需要短暫阻斷腦部供血,這段時間內大腦極易因缺血缺氧受到不可逆損傷。玻璃化冷凍保護技術若能在臨床中實現,將為外科醫生贏得寶貴的操作窗口,同時把大腦損傷風險壓到最低。
值得注意的是,研究團隊已有初步數據顯示,玻璃化方案在人類皮質組織上同樣具有可行性,格爾曼本人透露了這一進展。這意味著從小鼠模型向人類醫學應用跨越,已經不再只是遙遠的假設。
盡管成果令人鼓舞,但研究者對于將這項技術推向整個人體,態度相當審慎。
格爾曼明確指出,將方法擴展到"大型人體器官"乃至全身,還需要"更好的玻璃化溶液以及冷卻和復溫技術"。目前的技術瓶頸主要有兩個:一是冷凍保護劑本身存在一定毒性,劑量越大、暴露時間越長,細胞損傷風險就越高;二是對于厘米級以上的厚實組織,如何確保內外部同步均勻冷卻與復溫,至今仍是工程難題。
記憶是否能在冷凍后真正完整保留,目前的實驗只能驗證突觸機制的存活,尚無法評估更高層次的記憶信息是否完好無損,這在神經科學層面仍是懸而未決的深層問題。
技術上的道路還很漫長,但方向已經清晰。一個原本只存在于科幻敘事里的概念,正在被一片片350微米厚的小鼠腦組織,一點點拉進現實。
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