PNAS新进展：冷冻大脑“复苏”研究迈出关键一步
在科幻影视作品里，人类进入冷冻舱，历经数十年乃至数百年后苏醒，是常见的经典情节。从《异形》到《三体》，“深度冷冻睡眠”一直是未来科技的标志。但在现实科学领域，真正的难题并非冷冻生命，而是生命活动完全停止后，大脑功能能否恢复。
近期发表于PNAS的一项研究，首次在深度冷冻的小鼠大脑组织中，成功恢复了关键神经功能，让这一长期存在于科幻中的设想，在实验室里向前推进了一小步。
长期以来，科学家已能在一定程度上保存神经组织。比如，部分实验显示，冷冻复温后，神经元在细胞结构层面可存活，甚至能恢复部分功能。然而，大脑的正常运作依赖一系列复杂过程，像神经元放电、细胞代谢以及突触可塑性等。若这些过程无法恢复，大脑便难以重新运转。所以，问题的核心在于：当大脑处于极低温度，分子运动完全停止后，是否还能重新启动？
德国神经学家亚历山大·格尔曼（Alexander German）及其团队，试图解答这一问题。他们关注的核心挑战，是冷冻过程中产生的冰晶损伤。传统冷冻时，水分子会形成冰晶，这些微小冰晶会刺破或挤压细胞内部的纳米级结构，破坏细胞膜与突触连接。对于高度精密的神经网络而言，这种结构破坏几乎是致命的。除冰晶本身外，冷冻还会引发渗透压变化和冷冻保护剂毒性等问题，导致大脑组织复温后难以恢复功能。
为避免冰晶形成，研究团队采用了一种名为玻璃化（vitrification）的冷冻方法。该技术通过极快的降温速度，使液体在来不及形成晶体前，进入类似玻璃的无序固态结构。在此状态下，分子运动几乎完全停止，但组织结构能被整体“冻结”。研究者希望验证，在这种完全静止的状态后，大脑功能是否还能重新启动。
他们先从小鼠大脑中切取厚度约350微米的组织切片，这些切片包含海马体——与记忆和空间导航密切相关的关键脑区。组织在含冷冻保护剂的溶液中预处理后，被迅速降温至液氮温度（约–196℃），随后在–150℃左右的玻璃态中保存，时间从十分钟到七天不等。之后，研究人员将这些组织在温热溶液中逐步复温，检测其结构和功能是否依然存在。
显微镜观察显示，神经元和突触膜的结构基本保持完整。对线粒体活性的检测表明，细胞代谢系统未受明显破坏。更关键的是，电生理记录显示，这些神经元在接受电刺激时，仍能产生接近正常的反应。尽管与对照组相比存在一定偏差，但神经元仍能放电并传递信号。
研究团队进一步测试了神经网络层面的功能。他们发现，海马体神经通路仍能产生长时程增强（long-term potentiation，LTP）——这是一种被认为是学习和记忆基础的突触强化机制。也就是说，深度冷冻后，这些神经回路依然保留了形成记忆相关可塑性的能力。不过，由于脑切片在实验条件下会逐渐退化，这些功能只能维持几个小时，因此研究者只能在有限时间内观察这些现象。
在成功验证脑组织切片后，研究团队尝试将方法扩展到整个小鼠大脑。他们将完整大脑保持在–140℃左右的玻璃态中，最长可达八天。但在此过程中，研究者不得不反复调整实验方案，以降低冷冻保护剂的毒性，避免大脑组织在冷却过程中收缩。复温后，研究人员再次从这些大脑中取出海马体切片进行电生理记录，结果显示相关神经通路仍能产生LTP，这意味着关键的神经网络结构在冷冻过程中得以保存。
不过，这并不代表小鼠大脑能在整体层面“复活”。由于实验在切片中进行，研究人员无法验证冷冻前动物形成的记忆是否依然存在。大脑能否在整体层面恢复意识或行为功能，目前仍完全未知。
即便如此，这项研究仍是神经冷冻保存领域的重要进展。一些研究者认为，这种逐步推进的技术进步，正是科幻概念向现实可能性转化的过程。例如，新罕布什尔大学的机械工程研究者姆里廷朱伊·科塔里（Mrityunjay Kothari）指出，该研究展示了脑组织冷冻保存技术的显著进步，但距离实际应用仍相当遥远。尤其是在大型器官甚至整个人体层面，热传导、机械应力以及组织开裂等问题会更为严重。
研究团队目前正尝试将该技术扩展到人类脑组织。根据初步数据，人类皮层组织在类似条件下也表现出一定的存活性。同时，研究者也在探索将玻璃化冷冻应用于其他器官，如心脏。理论上，若大型器官能在玻璃态中长期保存并恢复功能，将为器官移植提供全新的“器官银行”。
但要实现这一目标，还需更先进的冷冻保护剂、更均匀的冷却和复温技术，以及对大型组织热力学过程更深入的理解。当前阶段，这项研究更像是概念验证：它表明，大脑这种极其复杂的生物结构，在完全停止活动后，仍有可能恢复部分功能。
在科幻故事中，冷冻舱意味着时间旅行。而在现实科学里，这项技术更可能先改变医学实践，比如在严重脑损伤、缺血性疾病或器官移植等待过程中保护关键组织。尽管距离真正的“冷冻睡眠”仍十分遥远，但这项研究至少证明：即使大脑进入看似完全静止的状态，其功能也不一定永远消失。某些关键的神经过程，或许能在解冻后重新启动。
参考文献：1. German, A., Akdaş, 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
本文来自微信公众号“神经现实”（ID：neureality），作者：NR，36氪经授权发布。
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