一項新研究表明，經(jīng)深度冷凍的小鼠大腦組織，其神經(jīng)活動與突觸可塑性可實現(xiàn)恢復(fù)。

在科幻影視作品里，人類進(jìn)入冷凍艙，歷經(jīng)數(shù)十年乃至數(shù)百年后蘇醒，是常見的經(jīng)典情節(jié)。從《異形》到《三體》，“深度冷凍睡眠”一直是未來科技的標(biāo)志。但在現(xiàn)實科學(xué)領(lǐng)域，真正的難題并非冷凍生命，而是生命活動完全停止后，大腦功能能否恢復(fù)。

近期發(fā)表于PNAS的一項研究，首次在深度冷凍的小鼠大腦組織中，成功恢復(fù)了關(guān)鍵神經(jīng)功能，讓這一長期存在于科幻中的設(shè)想，在實驗室里向前推進(jìn)了一小步。

長期以來，科學(xué)家已能在一定程度上保存神經(jīng)組織。比如，部分實驗顯示，冷凍復(fù)溫后，神經(jīng)元在細(xì)胞結(jié)構(gòu)層面可存活，甚至能恢復(fù)部分功能。然而，大腦的正常運(yùn)作依賴一系列復(fù)雜過程，像神經(jīng)元放電、細(xì)胞代謝以及突觸可塑性等。若這些過程無法恢復(fù)，大腦便難以重新運(yùn)轉(zhuǎn)。所以，問題的核心在于：當(dāng)大腦處于極低溫度，分子運(yùn)動完全停止后，是否還能重新啟動？

德國神經(jīng)學(xué)家亞歷山大·格爾曼（Alexander German）及其團(tuán)隊，試圖解答這一問題。他們關(guān)注的核心挑戰(zhàn)，是冷凍過程中產(chǎn)生的冰晶損傷。傳統(tǒng)冷凍時，水分子會形成冰晶，這些微小冰晶會刺破或擠壓細(xì)胞內(nèi)部的納米級結(jié)構(gòu)，破壞細(xì)胞膜與突觸連接。對于高度精密的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)而言，這種結(jié)構(gòu)破壞幾乎是致命的。除冰晶本身外，冷凍還會引發(fā)滲透壓變化和冷凍保護(hù)劑毒性等問題，導(dǎo)致大腦組織復(fù)溫后難以恢復(fù)功能。

為避免冰晶形成，研究團(tuán)隊采用了一種名為玻璃化（vitrification）的冷凍方法。該技術(shù)通過極快的降溫速度，使液體在來不及形成晶體前，進(jìn)入類似玻璃的無序固態(tài)結(jié)構(gòu)。在此狀態(tài)下，分子運(yùn)動幾乎完全停止，但組織結(jié)構(gòu)能被整體“凍結(jié)”。研究者希望驗證，在這種完全靜止的狀態(tài)后，大腦功能是否還能重新啟動。

他們先從小鼠大腦中切取厚度約350微米的組織切片，這些切片包含海馬體——與記憶和空間導(dǎo)航密切相關(guān)的關(guān)鍵腦區(qū)。組織在含冷凍保護(hù)劑的溶液中預(yù)處理后，被迅速降溫至液氮溫度（約–196℃），隨后在–150℃左右的玻璃態(tài)中保存，時間從十分鐘到七天不等。之后，研究人員將這些組織在溫?zé)崛芤褐兄鸩綇?fù)溫，檢測其結(jié)構(gòu)和功能是否依然存在。

顯微鏡觀察顯示，神經(jīng)元和突觸膜的結(jié)構(gòu)基本保持完整。對線粒體活性的檢測表明，細(xì)胞代謝系統(tǒng)未受明顯破壞。更關(guān)鍵的是，電生理記錄顯示，這些神經(jīng)元在接受電刺激時，仍能產(chǎn)生接近正常的反應(yīng)。盡管與對照組相比存在一定偏差，但神經(jīng)元仍能放電并傳遞信號。

研究團(tuán)隊進(jìn)一步測試了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)層面的功能。他們發(fā)現(xiàn)，海馬體神經(jīng)通路仍能產(chǎn)生長時程增強(qiáng)（long-term potentiation，LTP）——這是一種被認(rèn)為是學(xué)習(xí)和記憶基礎(chǔ)的突觸強(qiáng)化機(jī)制。也就是說，深度冷凍后，這些神經(jīng)回路依然保留了形成記憶相關(guān)可塑性的能力。不過，由于腦切片在實驗條件下會逐漸退化，這些功能只能維持幾個小時，因此研究者只能在有限時間內(nèi)觀察這些現(xiàn)象。

在成功驗證腦組織切片后，研究團(tuán)隊嘗試將方法擴(kuò)展到整個小鼠大腦。他們將完整大腦保持在–140℃左右的玻璃態(tài)中，最長可達(dá)八天。但在此過程中，研究者不得不反復(fù)調(diào)整實驗方案，以降低冷凍保護(hù)劑的毒性，避免大腦組織在冷卻過程中收縮。復(fù)溫后，研究人員再次從這些大腦中取出海馬體切片進(jìn)行電生理記錄，結(jié)果顯示相關(guān)神經(jīng)通路仍能產(chǎn)生LTP，這意味著關(guān)鍵的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在冷凍過程中得以保存。

不過，這并不代表小鼠大腦能在整體層面“復(fù)活”。由于實驗在切片中進(jìn)行，研究人員無法驗證冷凍前動物形成的記憶是否依然存在。大腦能否在整體層面恢復(fù)意識或行為功能，目前仍完全未知。

即便如此，這項研究仍是神經(jīng)冷凍保存領(lǐng)域的重要進(jìn)展。一些研究者認(rèn)為，這種逐步推進(jìn)的技術(shù)進(jìn)步，正是科幻概念向現(xiàn)實可能性轉(zhuǎn)化的過程。例如，新罕布什爾大學(xué)的機(jī)械工程研究者姆里廷朱伊·科塔里（Mrityunjay Kothari）指出，該研究展示了腦組織冷凍保存技術(shù)的顯著進(jìn)步，但距離實際應(yīng)用仍相當(dāng)遙遠(yuǎn)。尤其是在大型器官甚至整個人體層面，熱傳導(dǎo)、機(jī)械應(yīng)力以及組織開裂等問題會更為嚴(yán)重。

研究團(tuán)隊目前正嘗試將該技術(shù)擴(kuò)展到人類腦組織。根據(jù)初步數(shù)據(jù)，人類皮層組織在類似條件下也表現(xiàn)出一定的存活性。同時，研究者也在探索將玻璃化冷凍應(yīng)用于其他器官，如心臟。理論上，若大型器官能在玻璃態(tài)中長期保存并恢復(fù)功能，將為器官移植提供全新的“器官銀行”。

但要實現(xiàn)這一目標(biāo)，還需更先進(jìn)的冷凍保護(hù)劑、更均勻的冷卻和復(fù)溫技術(shù)，以及對大型組織熱力學(xué)過程更深入的理解。當(dāng)前階段，這項研究更像是概念驗證：它表明，大腦這種極其復(fù)雜的生物結(jié)構(gòu)，在完全停止活動后，仍有可能恢復(fù)部分功能。

在科幻故事中，冷凍艙意味著時間旅行。而在現(xiàn)實科學(xué)里，這項技術(shù)更可能先改變醫(yī)學(xué)實踐，比如在嚴(yán)重腦損傷、缺血性疾病或器官移植等待過程中保護(hù)關(guān)鍵組織。盡管距離真正的“冷凍睡眠”仍十分遙遠(yuǎn)，但這項研究至少證明：即使大腦進(jìn)入看似完全靜止的狀態(tài)，其功能也不一定永遠(yuǎn)消失。某些關(guān)鍵的神經(jīng)過程，或許能在解凍后重新啟動。

參考文獻(xiàn)：1. German, A., Akda?, E. Y., Flügel-Koch, C., Erterek, E., Frischknecht, R., Fejtova, A., ... & Zheng, F. (2026). Functional recovery of the adult murine hippocampus after cryopreservation by vitrification. Proceedings of the National Academy of Sciences, 123(10), e2516848123.2. https://www.nature.com/articles/d41586-026-00756-w

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