Исследователи на мышах предполагают, что ученые могут ввести астронавтов, направляющихся на Марс, в «приостановленную анимацию» с помощью звуковых волн

 Подача ультразвуковых сигналов в мозг грызунов приводит их в оцепенение. Ученые задаются вопросом, можно ли его использовать на людях.

Эллен Рипли (которую играет Сигурни Уивер) погружается в анабиоз в фильме 1979 года «Чужой». (Фото: livescience.com)

Ученые воздействовали ультразвуком на мозг мышей и крыс, чтобы ввести их в состояние, похожее на спячку, и исследователи говорят, что однажды эту технику можно будет использовать для раненых людей, находящихся в реанимации, или для астронавтов, совершающих дальние космические полеты. 

Первый в своем роде метод, который работает путем воздействия ультразвуком на область мозга, отвечающую за контроль метаболизма и температуры тела, снизил среднюю температуру тела грызунов до 6,25 градусов по Фаренгейту (3,5 градуса по Цельсию), а также замедлил снизить частоту сердечных сокращений и снизить потребление кислорода.

Результаты исследования на животных могут дать исследователям некоторые подсказки о том, как можно безопасно и неинвазивно вызывать состояния, подобные гибернации, или оцепенение, у людей.

«Если эта технология будет успешно продемонстрирована на людях, она будет иметь значительный потенциал для медицинских применений, особенно при опасных для жизни состояниях, таких как инсульт и сердечные приступы», — говорит ведущий автор исследования Хонг Чен, доцент кафедры биомедицинской инженерии Вашингтонского университета в Сент-Луисе. сказал Live Science. «Вызов оцепенения у этих пациентов может расширить окно лечения и повысить их шансы на выживание», — сказала она.

Когда еды не хватает или погода слишком холодная, некоторые млекопитающие, птицы, насекомые, земноводные и рыбы сохраняют свою энергию, невольно впадая в состояние, известное как оцепенение, загадочное и временное состояние, характеризующееся резко сниженным метаболизмом. 

В торпидном состоянии температура тела животного и частота сердечных сокращений резко падают, а кровь течет медленнее. Во время зимней спячки (предварительно подготовленного произвольного акта) животные связывают множественные приступы оцепенения. Они замедляют частоту сердечных сокращений с сотен ударов в минуту до нескольких; дышать раз в десять минут и чаще; и затемняют их мозговую активность до тех пор, пока она не станет незаметной. 

На самом деле в периоды апатии выполняется так мало бессознательных функций, что многим животным, впадающим в спячку, приходится периодически просыпаться, чтобы немного поспать . 

Глубокие физиологические изменения оцепенения резко сокращают энергию, необходимую животным для выживания. Возможно, поэтому неудивительно, что ученые давно стремятся выяснить, могут ли эти преимущества быть предоставлены людям в критических состояниях или людям, совершающим длительные и одинокие полеты к далеким планетам. 

Фактически, записи о потенциальной медицинской пользе гипотермии, обычно опасного падения температуры тела, датируются еще древним Египтом. Его также наблюдал главный хирург Наполеона барон де Ларри во время неудавшегося французского вторжения в Россию в 1812 году. Лерри прикладывал лед к конечностям перед их ампутацией и заметил, что раненые умирали быстрее от тепла огня, чем от холода. В наше время хирурги используют гипотермические состояния для увеличения выживаемости пациентов во время операций на сердце и головном мозге. 

Но можно ли искусственно и безопасно ввести в него людей, которые естественным образом не впадают в оцепенение, остается открытым вопросом. 

Чтобы исследовать эту возможность, ученые, стоящие за новым исследованием, создали переносную ультразвуковую шапку, которую они сначала приклеили на головы мышей. После включения устройство направляло ультразвуковые волны в часть мозга грызунов, называемую преоптической областью гипоталамуса, критически важной областью мозга для контроля температуры тела и сна у многих животных, а также для активации состояний гибернации и оцепенения у зимующих животных. 

После воздействия ультразвуковых импульсов мыши сразу же впадали в состояние, похожее на оцепенение, при котором температура их тела, частота сердечных сокращений и потребление кислорода резко снижались. Мыши стали вялыми и съедали значительно меньше пищи.

Повторяя ультразвуковые импульсы каждый раз, когда температура тела мышей поднималась выше целевого уровня, ученые смогли удерживать мышей в этом состоянии, похожем на оцепенение, до 24 часов, не наблюдая никаких признаков травм или дискомфорта. Когда ультразвуковой шлем был выключен, нормальная температура тела мышей и уровень активности восстановились менее чем за 90 минут.

Повторив свой эксперимент с 12 крысами, ученые увидели, что устройство также вызывало снижение температуры тела крыс, хотя и более мелкое падение до 3,57 F (2 C). Это означает, писали авторы исследования, что шляпа все еще может работать на млекопитающих, которые не впадают в оцепенение естественным образом, включая людей.

«Все еще необходимы дальнейшие исследования, чтобы определить безопасность и осуществимость этого подхода на людях», — сказал Чен. «Мы могли бы представить себе астронавтов, носящих устройство, похожее на шлем, предназначенное для нацеливания на область гипоталамуса, чтобы вызвать состояние, подобное оцепенению».

Тем не менее, предстоит преодолеть еще много препятствий, прежде чем ультразвуковые устройства, вызывающие оцепенение, можно будет использовать для того, чтобы выиграть время врачей во время операций или поместить астронавтов в своего рода анабиоз.

Исследователи обнаружили, что их ультразвуковая шляпа, по-видимому, вызывает состояние, подобное оцепенению, путем стимуляции определенного ионного канала — прохода для заряженных частиц — внутри клеток мозга грызунов, но естественное оцепенение, наблюдаемое в дикой природе, также сопровождается другими изменениями гормонального фона. и молекулярные уровни, которые недостаточно изучены. Влияние долговременной гибернации на мозг также неясно, однако некоторые исследования указывают на возможность того, что она вызывает потерю памяти у впадающих в спячку животных.

«Удивительно, как мало мы знаем о влиянии гибернации, особенно продолжительной, на функцию мозга, синаптические связи или память», — сказал Live Science Владислав Вязовский , профессор физиологии сна в Оксфордском университете, не участвовавший в новом исследовании. .

«Поэтому, прежде чем мы попытаемся вызвать спячку у людей, мы сначала должны убедиться, что знаем, как вернуть их «назад» в целости и сохранности», — сказал Вязовский. «Пока у нас не будет полного понимания как причин, так и последствий естественной спячки, возможность оцепенения у людей будет и должна оставаться в области научной фантастики».

Источник