Ультразвуком можно простимулировать «спячечные» нейроны мозга, которые заставят организм понизить температуру, замедлить сердце и вообще сбавить активность.

Многие животные умеют впадать в спячку в неблагоприятных условиях среды. Эти условия могут быть разными: когда вокруг слишком холодно или, наоборот, слишком жарко и сухо, причём холод или жара усугубляются тем, что становится трудно найти пищу и воду. И вот, чтобы не тратить энергию на борьбу с климатическими трудностями, медведи, летучие мыши, колибри и многие другие существа просто пережидают неприятности в особом физиологическом состоянии, с замедленным обменом веществ, замедленным дыханием и сердечным ритмом и с пониженной температурой тела.

(Фото: Kong Jun / Unsplash.com)

Это состояние может длиться несколько месяцев, или несколько дней, или всего только одну ночь: например, мы как-то писали про колибри, которые в холодную ночь способны остыть на десять градусов. Вообще для кратковременной нерегулярной спячки есть слово торпор, причём у тех же колибри есть разные режимы торпора. Соответственно, сезонная спячка — это долгий торпор по случаю регулярного неблагоприятного времени года. (Есть ещё анабиоз, но он случается, когда всё становится совсем плохо и очень надолго, и процессы жизнедеятельности замедляются ещё сильнее; к анабиозу способны некоторые членистоногие, микроскопические черви, коловратки, простейшие, бактерии и пр.)

Раз в спячке-торпоре понижается интенсивность обмена веществ, то, вероятно, спячку можно спровоцировать, искусственно подействовав на метаболический переключатель. Таким переключателем служит гипоталамус — очень небольшой участок мозга, который, однако, занимается самыми важными вещами: он регулирует сон и брачное поведение, от него зависит чувство голода и чувство жажды, и он же следит за температурой тела, давая сигнал повысить или понизить выработку тепла. Все эти функции распределены по разным зонам гипоталамуса. За терморегуляцией следит зона под названием преоптическое ядро, и оно же контролирует спячку-торпор. Если искусственным образом подействовать на преоптическое ядро, животное начнёт вести себя так, как будто оно вот-вот погрузиться в спячку. Но до сих пор в таких экспериментах на мозг действовали химическими соединениями, вводя их прямо в нужную зону. Хун Чэнь (Hong Chen) и её коллеги из Вашингтонского университета в Сиэтле предлагают стимулировать торпор ультразвуковыми волнами с поверхности черепа.

Эксперименты сначала ставили на мышах, которые сами по себе впадают в оцепенение, когда нужно переждать сильный холод. На голову им крепили генератор ультразвука, настроенный так, чтобы действовать именно на преоптическое ядро гипоталамуса. Буквально в течение нескольких минут после ультразвуковой стимуляции у мышей падала температура, замедлялся сердечный ритм и изменялись ещё некоторые физиологические показатели — изменялись так, как будто мышь была готова оцепенеть в торпоре. Правда, прямо в спячку мыши не впадали, оставаясь бодрствующими, но становились очень медленными и вообще малоактивными. С помощью периодических ультразвуковых сигналов мышей в таком состоянии держали сутки, после чего с них снимали ультразвуковое устройство, и животные возвращались к обычной активной жизни без каких-либо видимых побочных эффектов.

Затем то же самое проделали с крысами, которые от природы в торпор не впадают. Спячечные эффекты от ультразвука у них в целом проявлялись слабее, но температура тела всё же заметно падала, и вообще в данном случае важно то, что у не впадающих в спячку животных удалось сымитировать некоторые физиологические признаки спячки.

На уровне отдельных нервных клеток удалось показать, что ультразвук действительно стимулирует нейроны преоптического ядра и что стимуляция эта связана с определённым белком, который регулирует ионные потоки извне внутрь клетки. Похожий белок есть и у человека, то есть можно предположить, что подобный метод сработает и на человеческом мозге. В первую очередь на ум приходят космические путешествия, когда стоило бы погрузиться в спячку, чтобы замедлить обмен веществ и общее старение. Но у торпора есть и более земное применение: в несчастных случаях, при инсульте и инфаркте бывает важно быстро затормозить обмен веществ, дыхание и сердце, чтобы организм по возможности не чувствовал и не реагировал на вред, пока ему не смогут помочь по-настоящему.

Результаты экспериментов описаны в Nature Metabolism.