"三體"照進現實,科學家首次喚醒冷凍的"大腦"

2026-04-09 | 來源: 科普中國 | 轉到微信 | 有0人參與評論 | 字體: 放大縮小 | 收藏 | 打印

長期以來，如何在極低溫下完美封存大腦並重啟生命，一直是科幻與現實之間最難跨越的鴻溝之一。從20世紀30年代瑞士科學家Basile J. Luyet提出的“玻璃化”構想，到2000年代兔腎實驗中的“升溫瓶頸”，科學家們在冰晶與死亡的邊緣徘徊了近百年。近期，一項關於成年小鼠海馬體復蘇的突破性研究發表於《美國國家科學院院刊》（PNAS），首次證明了深低溫暫停後的神經組織仍能找回學習與記憶的“火種”。這項突破性研究具有現實意義，當然它距離人們幻想的冷凍復活，還有非常遙遠的距離。

撰文 | 顧舒晨

“只送大腦。”

——托馬斯·維德

在科幻小說《三體》中，“階梯計劃”可謂最為精彩的篇章之一。身患絕症的雲天明在生命盡頭選擇捐獻出自己的大腦，經低溫冷凍後，他的大腦被送入深空以獲取三體人的情報。最終大腦被三體文明捕獲，並通過其高度發達的技術重建意識，將其克隆復活，反而最終保留了人類文明的火種。

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類似為了穿越宇宙而將人類低溫休眠的橋段在科幻作品裡屢見不鮮，這樣的幻想並非完全沒有科學基礎。此前，研究人員已嘗試對人類和其他動物（主要是幼年脊椎動物）的腦組織進行低溫冷凍和解凍，證實神經組織能在細胞層面存活，且解凍後能在一定程度上發揮功能。但一個關鍵瓶頸始終存在：人們無法完全恢復大腦正常運轉所需的核心生理過程——神經元放電、細胞代謝以及大腦可塑性。

最近，一項突破性研究讓人類離科幻場景又近了一小步。今年3月發表在《美國國家科學院院刊》（PNAS）上的論文“Functional recovery of the adult murine hippocampus after cryopreservation by vitrification”中，德國埃爾朗根-紐倫堡大學的研究團隊研發出一種玻璃化冷凍技術，搭配能保護活組織的解凍流程，成功保留了大腦的部分生理功能。該研究首次證明，成年小鼠大腦的海馬體組織經玻璃化冷凍後，能夠在復溫後恢復多種關鍵神經功能，包括學習和記憶的關鍵功能——長時程增強（Long-term potentiation，LTP）[1]。

冷凍技術發展小史

要理解這項研究的意義，我們先簡要回顧一下冷凍技術走過的漫長道路。冷凍復蘇的概念源於自然界中一些具有特殊能力的生物，它們可以在零下的環境溫度中長期存活。例如，木蛙（Rana sylvatica）可以隨著環境溫度的變化一起凍結和解凍。早在1938年，瑞士科學家Basile J. Luyet首次復蘇了沒有冷凍劑保護的青蛙精子[2]。隨後，他在其著作《低溫下的生命與死亡》（Life and Death at Low Temperatures）中提出了一個大膽設想：如果能讓水在低溫下不形成冰晶，而是以玻璃態固化，生命或許能在-196°C的液氮中暫停[3]。這一"玻璃化冷凍"概念開啟了現代低溫生物學的大門。

1949年，英國科學家Christopher Polge等人在研究精子冷凍時，偶然發現利用甘油作為冷凍劑能顯著提高冷凍後精子的存活率，證明了冷凍保護劑的可行性[4]。然而，早期技術受限於樣本體積和熱傳導效率，僅能處理精子、紅細胞等微小樣本。對於心臓、腎臓等實體器官，冰晶對器官中的微血管依然會造成機械損傷。這個致命問題使器官移植的冷凍保存長期停留在夢想階段。

1984年，美國科學家Gregory Fahy提出“平衡玻璃化冷凍”方案：使用高濃度冷凍保護劑完全抑制冰核形成，使組織進入無冰晶的玻璃態[5]。2000年，Fahy團隊在約-3°C下用高濃度冷凍保護劑VS4灌注兔腎，10只受體兔移植後全部長期存活，證明了高濃度冷凍保護劑毒性的可耐受性[6]。他們首次證明完整實體器官可以在玻璃化狀態下保存並實現長期功能恢復，打破了“玻璃化僅適用於細胞和小型組織”的傳統認知邊界。此後他們進一步實驗，將兔腎玻璃化冷凍至-130°C後成功移植，這是人類首次讓實體器官在“深度暫停”後重新啟動，論文於2009年發表[7]。