人間が冬眠するにはどれくらいの時間がかかるのでしょうか？遠くないよ！

一部の種は、外部条件が厳しくなると、自発的に冬眠状態に入り、体温を下げて代謝を遅くし、体の状態を「スタンバイ」モードに切り替えるのと同じようになります。

人間は自発的にこの状態に入ることはできませんが、リスやクマなど、この能力を持つ動物は私たちの周りにたくさんいます。

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科学者たちは長い間、人間が冬眠のような状態に入る能力を研究することに熱心に取り組んできました。この機能は、集中治療室での患者の治療や長距離宇宙旅行のシナリオなど、特定のシナリオで役立つ可能性があります。

超音波を使って冬眠するマウス

科学者たちは、マウスの脳の奥深くの領域を標的とした治療用超音波を使用し、マウスを冬眠のような状態にすることに成功した。しかし、マウスには冬眠する自然な能力があるため、研究者らは自発的に冬眠できないラットでこの技術をテストした。この研究結果は2023年にNature Metabolism誌に掲載され、超音波による脳の生理活動の調節に関する研究に潜在的な可能性と参考資料を提供した。

新しい冬眠実験。画像出典：参考文献[1]

研究者らはマウスにヘルメットのようなプローブを装着し、超音波で脳の深部構造を刺激して非侵襲的に冬眠のような状態を誘発しようと試みた。研究チームは、出生前スクリーニングなどの医療目的で使用されるものとは異なる周波数の超音波を使用し、視床下部の前視覚野をターゲットにした。この領域は、過去の研究で冬眠に役割を果たすことがわかっているニューロンを含む領域である。

これらのニューロンは超音波によって刺激されると、褐色脂肪組織（背中の上部にある代謝の活発な脂肪組織）に信号を送り、体温が低すぎる場合は体温を上昇させます。前視覚野からの超音波刺激信号は褐色脂肪組織の活動を抑制し、体温の上昇を防ぎます。

冷却効果を確認するために、研究者らは赤外線カメラを使用して、褐色脂肪領域の皮膚の冷却と動物の尻尾からの熱放散を追跡した。同時に、マウスの酸素利用量が減少したことも測定され、これもマウスの代謝が遅くなったことを示唆した。脂肪の冷却と代謝の低下に加え、マウスは活動の低下や心拍数の低下など、冬眠のような状態の他の兆候も示した。

実験中のマウスの体温は低かった。画像出典：参考文献[1]

しかし、ネズミは恐怖を感じたりストレスを感じたりすると、自発的に冬眠に入ることもあります。マウスの体温低下がストレスや恐怖によるものではないことを証明するために、研究者らは、この自然な反応を持たないラットに注目した。

結果は、超音波信号がラットの体温を低下させたことを示し、前頭視覚領域に作用する超音波が冬眠のような状態を引き起こすことを裏付けた。しかし、科学者らは、ラットの実験は概念実証の段階に過ぎず、実用化にはまだまだ遠いと述べた。

研究者らは超音波刺激を用いてマウスを24時間の「冬眠」状態にした。体温が上昇すると、超音波刺激が再開され、レギュレーターのようにマウスの体温を下げます。超音波刺激がオフになると、マウスはすぐに通常の体温と代謝状態に戻り、このプロセス全体はマウスに明らかな悪影響を与えません。

細胞反応に関する徹底的な研究の結果、科学者たちは超音波が視床下部ニューロンへのイオン（カルシウムイオンなど）の流れに影響を与え、褐色脂肪に到達する信号を誘発して動物の体温上昇を防ぐことを発見した。案の定、研究者らがカルシウムなどのイオンの流れを制御するタンパク質を除去すると、体温を下げる超音波の効果もそれに応じて減少した。

超音波はPOAのニューロンを活性化することで低体温と低代謝を引き起こします。画像出典：参考文献[1]

上記の結果は、このタンパク質が「ナノスイッチ」のように機能することを示しており、これがこの研究の最も重要な発見です。このことから、脳の他の領域にも超音波に敏感な同様のタンパク質が存在する可能性があることを想像するのは難しくありません。

これまでの研究と比較すると、この「冬眠」効果を達成するには、研究者は標的領域にタンパク質遺伝子を注入して標的細胞を活性化（光または薬物刺激）する必要があります。実験プロセスは複雑で安全性が低い。この新しい非侵襲的方法は、操作が柔軟で安全性が高いだけでなく、必要に応じていつでも超音波刺激の強度を調整できるため、大きな応用可能性を秘めています。

しかし、超音波を使って脳の活動を変える実験は、特に将来人間に応用する場合、さらなる研究と慎重な取り扱いが必要となる倫理的問題を伴う可能性があります。

人類が「冬眠」できるようになるまでにはどれくらいの時間がかかるのでしょうか？

そうは言っても、人間において「非侵襲的な冬眠誘導」が実現できれば、幅広い応用が期待できます。

例えば、脳卒中や心臓発作の患者が救助のために病院に急行するプロセスに適用できます。これら 2 つの緊急事態は、影響を受けた組織の低酸素症を引き起こすため、「冬眠」状態では酸素の需要が低くなり、身体的損傷を遅らせたり防いだりすることができ、集中治療室に入る前に生命の安全を確保することができます。さらに、集中治療室では、「冬眠」を誘導することで、患者の治療に必要な薬剤の投与量や監視措置がそれに応じて減少することになる。
もう一つの潜在的な応用は、将来のシナリオにおける恒星間旅行です。 「冬眠」状態は、人間が宇宙で長時間を過ごすのを容易にするのに役立つ。

科学者らは、次の研究対象は、おそらく豚のような大型の非人間動物で実験すべきだと述べている。なぜなら、豚には毛がなく、体温は人間と似ており、実験データは人間のものに最も近いからである。その後、この技術は徐々にサルや人間にも応用される予定です。

「冬眠」を実現するための私たちの探求は、長いけれども素晴らしい旅です。

参考文献

[1] Yang、Y.、Yuan、J.、Field、RL 他。超音波によるげっ歯類の冬眠のような低体温および低代謝状態の誘導。 Nat Metab 5、789–803 (2023)。

企画・制作

中国科学普及協会制作

著者: 地球の重力科学の創始者

プロデューサー丨中国科学博覧会

編集者: ドン・ナナ

校正：徐来林