PNAS新突破：我們離“復蘇”冷凍大腦更近一步？

在科幻電影中，人類被放入冷凍艙，跨越數十年甚至數百年后重新醒來，幾乎是一種經典敘事。從《異形》到《三體》，這種“深度冷凍睡眠”一直是未來技術的象征。但在現實科學中，真正的問題并不是把生命冷凍，而是在完全停止活動之后，是否還能恢復大腦的功能。

最近發表在PNAS的一項研究，首次在深度冷凍的小鼠大腦組織中恢復了關鍵的神經功能，使這一長期屬于科幻的設想在實驗室中向前邁出了一小步。

長期以來，科學家已經能夠在一定程度上保存神經組織。例如，一些實驗表明，在冷凍和復溫后，神經元在細胞結構層面可以存活，甚至能夠恢復部分功能。然而，大腦真正的運作依賴一整套復雜過程——神經元放電、細胞代謝以及突觸可塑性等。如果這些過程無法恢復，大腦就無法重新運轉。因此，問題的核心變成：當大腦在極低溫度下完全停止分子運動之后，它是否還能重新啟動？

來自德國的神經學家亞歷山大·格爾曼（Alexander German）及其團隊試圖回答這個問題。他們關注的關鍵挑戰，是冷凍過程中產生的冰晶損傷。在傳統冷凍中，水分子會形成冰晶，而這些微小晶體會刺破或擠壓細胞內部的納米級結構，破壞細胞膜和突觸連接。對于高度精密的神經網絡來說，這種結構破壞幾乎是致命的。除了冰晶本身，冷凍還會帶來滲透壓變化和冷凍保護劑毒性等問題，使大腦組織在復溫后難以恢復功能。

為了避免冰晶形成，研究團隊采用了一種稱為玻璃化（vitrification）的冷凍方法。這種技術通過極快的降溫速度，使液體在來不及形成晶體之前進入一種類似玻璃的無序固態結構。在這種狀態下，分子運動幾乎完全停止，但組織結構可以被整體“凍結”下來。研究者希望驗證，在這種完全靜止的狀態之后，大腦的功能是否還能重新啟動。

他們首先從小鼠大腦中切取厚度約350微米的組織切片，這些切片包含了海馬體——一個與記憶和空間導航密切相關的關鍵腦區。組織在含有冷凍保護劑的溶液中預處理后，被迅速降溫至液氮溫度（約–196℃），隨后在–150℃左右的玻璃態中保存，從十分鐘到七天不等。之后研究人員將這些組織在溫熱溶液中逐步復溫，并檢測其結構和功能是否仍然存在。

顯微鏡觀察顯示，神經元和突觸膜的結構基本保持完整。對線粒體活性的檢測表明，細胞代謝系統并未受到明顯破壞。更關鍵的是，電生理記錄顯示，這些神經元在接受電刺激時仍能產生接近正常的反應。盡管與對照組相比存在一定偏差，但神經元仍然能夠放電并傳遞信號。

研究團隊進一步測試了神經網絡層面的功能。他們發現，海馬體神經通路仍然能夠產生長時程增強（long-term potentiation，LTP）——這是一種被認為是學習和記憶基礎的突觸強化機制。換句話說，在深度冷凍之后，這些神經回路依然保留了形成記憶相關可塑性的能力。不過，由于腦切片在實驗條件下本身會逐漸退化，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觀察這些現象。

在成功驗證腦組織切片后，研究團隊嘗試將方法擴展到整個小鼠大腦。他們將完整大腦保持在–140℃左右的玻璃態中，最長可達八天。然而，在這一過程中，研究者不得不反復調整實驗方案，以減少冷凍保護劑帶來的毒性，以及避免大腦組織在冷卻過程中發生收縮。復溫后，研究人員再次從這些大腦中取出海馬體切片進行電生理記錄，結果表明相關神經通路仍然能夠產生LTP，這意味著關鍵的神經網絡結構在冷凍過程中得以保存。

不過，這并不意味著小鼠的大腦能夠在整體層面“復活”。由于實驗是在切片中進行的，研究人員無法驗證冷凍前動物所形成的記憶是否仍然存在。大腦是否能夠在整體層面恢復意識或行為功能，仍然完全未知。

盡管如此，這項研究仍然代表了神經冷凍保存領域的重要進展。一些研究者認為，這種逐步推進的技術進展，正是科幻概念逐漸轉化為現實可能性的過程。例如，來自新罕布什爾大學的機械工程研究者姆里廷朱伊·科塔里（Mrityunjay Kothari）指出，這項研究展示了腦組織冷凍保存技術的顯著進步，但距離實際應用仍然相當遙遠。尤其是在大型器官甚至整個人體層面，熱傳導、機械應力以及組織開裂等問題都會變得更加嚴重。

研究團隊目前正在嘗試將該技術擴展到人類腦組織。根據他們的初步數據，人類皮層組織在類似條件下也表現出一定程度的存活性。同時，研究者也在探索將玻璃化冷凍應用于其他器官，例如心臟。理論上，如果大型器官能夠在玻璃態中長期保存并恢復功能，這將為器官移植提供一種全新的“器官銀行”。

但要實現這一目標，還需要更先進的冷凍保護劑、更均勻的冷卻和復溫技術，以及對大型組織熱力學過程更深入的理解。在當前階段，這項研究更像是一個概念驗證：它表明，大腦這種極其復雜的生物結構，在完全停止活動之后，仍然有可能恢復部分功能。

在科幻故事中，冷凍艙意味著跨越時間的旅行。而在現實科學中，這項技術更可能首先改變醫學實踐，例如在嚴重腦損傷、缺血性疾病或器官移植等待過程中保護關鍵組織。盡管距離真正的“冷凍睡眠”仍然十分遙遠，但這項研究至少證明了一點：即使大腦進入了看似完全靜止的狀態，它的功能并不一定永遠消失。某些關鍵的神經過程，或許仍然可以在解凍之后重新啟動。

參考文獻：
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