Експеримент показує, що ультразвук викликає стан, подібний до заціпеніння, у тварин

Заціпеніння — це корисний трюк, щоб пережити голодні періоди, допомагаючи деяким ссавцям і птахам знизити температуру тіла та швидкість метаболізму, щоб безпечно дрімати в труднощі.

Лише деякі види природним чином впадають у заціпеніння, і хоча сучасні люди не належать до них , ми вже давно заінтриговані цією ідеєю. Викликання заціпеніння у людей може допомогти , наприклад, деяким пацієнтам із захворюваннями, що загрожують життю , або людям у тривалих місіях у глибокому космосі .

І хоча заціпеніння людини на вимогу поки що залишається науковою фантастикою, нове дослідження натякає на те, як це може статися врешті-решт.

У дослідженні дослідники викликали у мишей стан, подібний до заціпеніння, використовуючи ультразвук для стимуляції області мозку, яка бере участь у регуляції сну, температури тіла та обміну речовин. Окрім мишей, які природним чином впадають у заціпеніння, дослідники також викликали стан, подібний до заціпеніння, у щурів, які цього не роблять.

Автори дослідження кажуть, що це безпечний, неінвазивний метод впливу на центральну нервову систему, щоб викликати стан, схожий на заціпеніння.

На чолі з Хонг Ченом, біомедичним інженером з Вашингтонського університету в Сент-Луїсі, дослідницька група створила переносний ультразвуковий перетворювач для стимуляції нейронів у ділянці мозку, яка називається преоптичною областю гіпоталамуса.

Дослідники повідомляють, що коли нейрони в цій області стимулювалися, температура тіла мишей впала приблизно на 3 °C, а частота серцевих скорочень знизилася трохи більше ніж на 47 відсотків.

Миші також зазнали метаболічних змін, перейшовши від використання як вуглеводів, так і жиру як джерела енергії до простого жиру, що нагадує зміну, яку вони природно роблять під час заціпеніння.

Все це відбувалося при кімнатній температурі (приблизно 22 °C або 71 °F), без екологічних тригерів, які природним чином можуть привести мишей до оціпеніння.

Інтенсивність ультразвуку також корелювала з глибиною торпороподібного стану. Коли акустичний тиск і тривалість ультразвуку зростали, у мишей спостерігалося більш значне зниження температури тіла та метаболізму, стан, який називається спричиненою ультразвуком гіпотермією та гіпометаболізмом (UIH).

«Ми розробили автоматичний контролер зі зворотним зв’язком із замкнутим циклом, щоб досягти довготривалої та стабільної гіпотермії та гіпометаболізму, спричиненої ультразвуком, шляхом контролю надходження ультразвуку», — пояснює Чен .

«Контролер із замкнутим контуром зворотного зв’язку встановлює бажану температуру тіла нижчою за 34 °C, що раніше вважалося критичним для природного заціпеніння у мишей», — каже вона . Це тримало мишей при 32,95 °C протягом 24 годин, і вони повернулися до нормального стану після вимкнення ультразвуку.

Уважно вивчивши схеми активності нейронів, Чен та її колеги помітили сплеск активності, що відповідає кожному ультразвуковому імпульсу, відповідаючи змінам температури тіла мишей.

«Ці результати показали, що UIH був викликаний ультразвуковою активацією нейронів преоптичної зони гіпоталамуса», — говорить співавтор Yaoheng Yang, біомедичний інженер з Вашингтонського університету.

«Наше відкриття про те, що транскраніальна стимуляція преоптичної області гіпоталамуса була достатньою для індукції UIH, показало критичну роль цієї області в оркеструванні торпороподібного стану у мишей», — додає Ян .

Дослідники також використали генетичне секвенування, щоб виявити, що ультразвук активує іонний канал TRPM2 у нейронах преоптичної області гіпоталамуса, демонструючи, що це чутливий до ультразвуку іонний канал, який відіграє важливу роль у відправленні тварин у UIH.

Незважаючи на те, що ці дані є цінними навіть для мишей, дослідники також пішли далі, показавши, як ця техніка може викликати стан, подібний до заціпеніння, у видів, які природно не демонструють заціпеніння чи сплячки.

Коли вони використовували ультразвук для стимуляції нейронів у преоптичній зоні гіпоталамуса щура, дослідники спостерігали зниження температури шкіри щура та падіння температури тіла приблизно на 1 °C – подібно до того, що відбувається з тваринами в стані зціднення.

Попри те, що викликати стан, подібний до заціпеніння, у мишей і щурів ще дуже далеко від того, щоб перевести людей у ​​стан гіперсону , це дослідження проливає нове світло на те, як працює заціпеніння та як викликати подібний стан у тварин, у тому числі видів, у яких це природно не виникає. .

«UIH має потенціал для вирішення довгоочікуваної мети досягнення неінвазивної та безпечної індукції стану, подібного до заціпеніння, якої наукове співтовариство прагне принаймні з 1960-х років», — говорить Чень .

«Ультразвукова стимуляція має унікальну здатність неінвазивно досягати глибоких відділів мозку з високою просторовою та часовою точністю в мозку тварин і людини», — додає вона .