今天小編分享的科學經驗：重大突破：中國成功實現“冰封人腦”18個月！《三體》照進現實！，歡迎閲讀。
電影《復仇者聯盟》裏的美國隊長在二戰尾聲的一次行動中墜海 " 冰封 "，直到 2011 年才被 " 解凍 " 蘇醒。對他而言，這個過程可能只是一個略顯漫長的夢，但在近七十年的時間裏，整個世界卻發生了翻天覆地的變化。
那在現實生活中，我們是否也能先把自己 " 冰封 "，再在未來 " 蘇醒 " 呢？
古老線蟲可以 " 穿越 "！
2018 年，科學家們復活了在西伯利亞永久凍土中凍結了數萬年的古老線蟲，當時科學家們認為，其生命起始可以追溯到 4.2 萬年前，而在 2023 年的最新工作中，科學家們通過精确的放射性碳檢測技術發現，這些古老線蟲至少在 4.6 萬年前就已經在西伯利亞地區保持 " 死醒 " 狀态，也叫作 " 假死 " 或 " 隐生現象 "。
來自 4.6 萬年前的線蟲。圖片來源：參考文獻 [ 1 ]
隐生狀态下，生命的新陳代謝能力将會被降低到無法檢測的水平，相當于給生命按下了暫停鍵。
常見的例子有：一種在蜜蜂腹部保存了 2500 萬年 -4000 萬年的芽孢杆菌孢子，以及在古湖泊中保存的一顆 1000 年 -1500 年前的蓮花種子，它們都能繼續發芽，重新開啓被暫停的生命；水熊蟲、輪蟲和線蟲等後生動物也能長期保持隐生狀态，即使被冰凍了數十年乃至數萬年，只要一解凍回到正常温度，它們就能復活，能吃能喝還能正常繁殖。
剛飽餐一頓藻類的 " 穿越 " 水熊蟲。圖片來源：Megumu Tsujimoto
再高等一些的動物，比如蛙、蛇、熊之類，都可以進行冬眠，它們保持低新陳代謝水平的持續時間基本只有一個冬天。有種生活在阿拉斯加地區的北美林蛙，每年冬眠将近 8 個月，在 -4 ℃低温條件下冰凍 2 個月後依然能夠解凍存活。
那麼，人類能不能也像線蟲一樣冰凍幾萬年後再解凍 " 復活 " 呢？很遺憾，這個設想目前還是不現實的。
人類為什麼不能 " 復活 "？
如果你小時候調皮愛玩，把啤酒和可樂之類的碳酸飲料放進冰箱速凍層，那你應該知道，水變成冰後很容易把瓶子撐爆（友情提醒：危險動作，請勿操作）。
水結冰後撐爆瓶子。圖片來源：圖蟲創意
人體由細胞構成，在低温環境下，細胞内液因水結冰形成的冰晶會直接損害身體細胞，就像這些啤酒瓶被冰晶刺得支離破碎一樣。同時，水分子慢慢排列成有序晶體結構，這個過程會排斥本已溶于水的鈉鹽、鉀鹽、鈣鹽等析出，高濃度的鹽分會讓細胞脱水損傷乃至死亡。
而上文提到的水熊蟲則可以将身體蜷縮成桶狀，并将身體的含水量降到僅 3%，全脱水後成為一具新陳代謝幾乎停止的 " 僵屍蟲 "，同時，它們用身體制造的海藻糖會取代身體中的水分，防止體液形成冰晶損害細胞。而阿拉斯加林蛙則通過體内尿素和葡萄糖改變體液濃度，有效降低體液冰點，這樣一來，就可大大減少結冰水的含量，避免對細胞的傷害。
上文提到的海藻糖、尿素和葡萄糖這些防止冰晶出現進而損害細胞的物質，都可稱為 " 冷凍保護劑 "。因此人工冷凍的第一步通常是盡可能減少被冰凍生物的水分，并灌入已注入了甘油等復雜成分的冷凍保護劑，這樣就能在生物蘇醒後盡可能提高細胞的存活率。
經過日曬或烘幹而成的果幹可以提高保存時間。圖片來源：圖蟲創意
能在自然冰凍中 " 復活 " 的脊椎動物不少，像青蛙、蛇、蝾螈、海龜等，都是冷血變温動物。人類作為恒温動物，無法像這些動物一樣快速脱水，也無法自然地調節體内 " 冰凍保護劑 " 的濃度，人體體温下降就會出問題，因此做不到将新陳代謝能力降至最低。
即便 " 冰凍 - 解凍 " 後的細胞存活率高達 99%，但對于有将近 860 億個神經元的人腦來説，也會有 8.6 億個神經元死亡，這可能會影響大腦精密運作的正常功能。如果只把和意識相關的大腦保存下來，那麼肉體是由碳基還是由機械構成的硅基其實都無所謂，" 我 " 還是 " 我 "，就跟三體裏的雲天明一樣，即便肉體完全消失，只要大腦在，依然能思考。
大腦凍存技術發展到
什麼水平了？
冰凍的倉鼠大腦在出現 60% 結晶的情況下依然可以被喚醒。
2015 年，美國腦保護基金會資助的 21 世紀醫學實驗室對兔子進行了完整的醛穩定冷凍保存手術。具體操作為：用戊二醛灌注活體兔的頸動脈固定兔腦，然後在幾個小時内緩慢灌注濃度不斷增加的乙二醇，最後在 -135 ℃下冷凍。冰凍的大腦被重新加熱解凍後，研究人員從大腦切片上觀察發現，大腦的結構保存得非常好，突觸也很清晰，神經細胞基本沒有損傷。
兔子的腦部成功保存并復活，細胞未受損。圖片來源：參考文獻 [ 7 ]
可以 " 冰封 "人腦嗎？
2024 年 5 月，我國復旦大學研究人員成功建立了一種使用甲基纖維素、乙二醇、二甲基亞砜和 Y27632 選擇性抑制劑來冷凍保存各種腦類器官或人類腦組織的方法（MEDY），該方法不會破壞神經細胞結構或影響神經功能活動。
這種方法能夠實現保護突觸功能并抑制内質網介導的凋亡途徑，從而大規模且可靠地儲存多種神經類器官和活體腦組織。該方法能夠實現 " 冰封 " 人腦 18 個月後安然取出，這已經是不小的進展了。
MEDY 腦器官冷凍保存技術示意圖。圖片來源：參考文獻 [ 8 ]
人體 " 冰凍 - 解凍 " 能否實現？
1967 年 4 月，加州大學心理學教授詹姆斯 · 貝德福德教授因為晚期腎癌逝世，生前他就決定将遺體進行低温冷凍儲藏，寄希望于未來醫學發展。
他去世後，遺體被倉促地放入一個注入 -196 ℃液氮的特制金屬容器中，整個冷凍操作過程缺少成熟的技術保障和專業人員的支持。2024 年 6 月，貝德福教授的遺體解凍後，科學家們發現他的大腦與身體損毀嚴重，生命已然不可能重啓。五十多年冷凍倉裏的等待，教授雖然沒有成功 " 重生 "，但卻給科學家們帶來了非常珍貴的解凍數據。
首例 " 冷凍人 "。圖片來源：Cryonics
美國擁有兩家最大的人體冷藏公司，一家是阿爾科生命延續基金會，另一家是美國的人體冷凍科研機構。
目前，全世界希望将自己死去的身體冰凍起來，以期穿越至未來 " 復活 " 的人已達數百個，但至今依然沒有解凍成功的案例。絕大多數 " 冷凍人 " 生前便已是老年人，有些患有絕症和嚴重疾病，他們不理想的自身條件往往會進一步降低 " 解凍 " 的成功率。
基于 " 完美復活 " 這個願望，對人體器官、優秀動植物種質資源的冷凍保存技術正在快速發展，或許未來的某一天，我們僅需保存和解凍大腦，再将其與機器結合，就能實現 " 復活 "。這樣不但對 " 冰凍 - 解凍 " 的技術要求會降低很多，同時又能擺脱身患重疾的碳基肉體。
假設人體保存技術能夠成功應用，人人都有機會進入冰櫃 " 休眠 "，待 " 復蘇 " 後迎接幾萬年後的未來。那麼，誰會被保存延續、迎接未來？未來人會歡迎一個觀念技能落伍的過去人嗎？倘若看管 " 冰凍人 " 的公司破產，誰又來負責這些 " 冰凍人 " 的 " 生命安全 " 呢……
要想達成人體 " 冰凍 - 解凍 " 的復活願望，人類在技術、倫理和法律方面都還有很遠的路要走。
參考文獻
[ 1 ] Shatilovich A, Gade VR, et al. A novel nematode species from the Siberian permafrost shares adaptive mechanisms for cryptobiotic survival with C. elegans dauer larva. PLoS Genet, 2023, 19 ( 7 ) : e1010798.
[ 2 ] Keilin D. The Leeuwenhoek Lecture — The problem of anabiosis or latent life: history and current concept. Proc R Soc Lond Ser B — Biol Sci. 1959; 150: 149 – 191.
[ 3 ] Cano R, Borucki M. Revival and identification of bacterial spores in 25- to 40-million-year-old Dominican amber. Science. 1995; 268: 1060 – 1064.
[ 4 ] Shen-Miller J. Sacred lotus, the long-living fruits of China Antique. Seed Sci Res. 2002; 12: 131 – 143.
[ 5 ] Guidetti R, Jo ¨ nsson KI. Long-term anhydrobiotic survival in semi-terrestrial micrometazoans. J Zool. 2002; 257: 181 – 187.
[ 6 ] Tsujimoto M, Imura S, Kanda H. Recovery and reproduction of an Antarctic tardigrade retrieved from a moss sample frozen for over 30 years. Cryobiology. 2016;
[ 7 ] Robert L. M,. Gregory M. F., Aldehyde-stabilized cryopreservation. Cryobiology 71 ( 2015 ) 448-458.
[ 8 ] Xue W. W., Shao Z. C. et al., Effective cryopreservation of human brain tissue and
neural organoids. 2024, Cell Reports Methods 4, 100777
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作者丨錢昱 中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心博士
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