在科幻電影中，人類被放入冷凍艙，跨越數(shù)十年甚至數(shù)百年后重新醒來(lái)，幾乎是一種經(jīng)典敘事。從《異形》到《三體》，這種“深度冷凍睡眠”一直是未來(lái)技術(shù)的象征。但在現(xiàn)實(shí)科學(xué)中，真正的問(wèn)題并不是把生命冷凍，而是在完全停止活動(dòng)之后，是否還能恢復(fù)大腦的功能。

最近發(fā)表在PNAS的一項(xiàng)研究，首次在深度冷凍的小鼠大腦組織中恢復(fù)了關(guān)鍵的神經(jīng)功能，使這一長(zhǎng)期屬于科幻的設(shè)想在實(shí)驗(yàn)室中向前邁出了一小步。

長(zhǎng)期以來(lái)，科學(xué)家已經(jīng)能夠在一定程度上保存神經(jīng)組織。例如，一些實(shí)驗(yàn)表明，在冷凍和復(fù)溫后，神經(jīng)元在細(xì)胞結(jié)構(gòu)層面可以存活，甚至能夠恢復(fù)部分功能。然而，大腦真正的運(yùn)作依賴一整套復(fù)雜過(guò)程——神經(jīng)元放電、細(xì)胞代謝以及突觸可塑性等。如果這些過(guò)程無(wú)法恢復(fù)，大腦就無(wú)法重新運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，問(wèn)題的核心變成：當(dāng)大腦在極低溫度下完全停止分子運(yùn)動(dòng)之后，它是否還能重新啟動(dòng)？

來(lái)自德國(guó)的神經(jīng)學(xué)家亞歷山大·格爾曼（Alexander German）及其團(tuán)隊(duì)試圖回答這個(gè)問(wèn)題。他們關(guān)注的關(guān)鍵挑戰(zhàn)，是冷凍過(guò)程中產(chǎn)生的冰晶損傷。在傳統(tǒng)冷凍中，水分子會(huì)形成冰晶，而這些微小晶體會(huì)刺破或擠壓細(xì)胞內(nèi)部的納米級(jí)結(jié)構(gòu)，破壞細(xì)胞膜和突觸連接。對(duì)于高度精密的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，這種結(jié)構(gòu)破壞幾乎是致命的。除了冰晶本身，冷凍還會(huì)帶來(lái)滲透壓變化和冷凍保護(hù)劑毒性等問(wèn)題，使大腦組織在復(fù)溫后難以恢復(fù)功能。

為了避免冰晶形成，研究團(tuán)隊(duì)采用了一種稱為玻璃化（vitrification）的冷凍方法。這種技術(shù)通過(guò)極快的降溫速度，使液體在來(lái)不及形成晶體之前進(jìn)入一種類似玻璃的無(wú)序固態(tài)結(jié)構(gòu)。在這種狀態(tài)下，分子運(yùn)動(dòng)幾乎完全停止，但組織結(jié)構(gòu)可以被整體“凍結(jié)”下來(lái)。研究者希望驗(yàn)證，在這種完全靜止的狀態(tài)之后，大腦的功能是否還能重新啟動(dòng)。

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(gè)與記憶和空間導(dǎo)航密切相關(guān)的關(guān)鍵腦區(qū)。組織在含有冷凍保護(hù)劑的溶液中預(yù)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(tài)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?zé)崛芤褐兄鸩綇?fù)溫，并檢測(cè)其結(jié)構(gòu)和功能是否仍然存在。

顯微鏡觀察顯示，神經(jīng)元和突觸膜的結(jié)構(gòu)基本保持完整。對(duì)線粒體活性的檢測(cè)表明，細(xì)胞代謝系統(tǒng)并未受到明顯破壞。更關(guān)鍵的是，電生理記錄顯示，這些神經(jīng)元在接受電刺激時(shí)仍能產(chǎn)生接近正常的反應(yīng)。盡管與對(duì)照組相比存在一定偏差，但神經(jīng)元仍然能夠放電并傳遞信號(hào)。

研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步測(cè)試了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)層面的功能。他們發(fā)現(xiàn)，海馬體神經(jīng)通路仍然能夠產(chǎn)生長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)（long-term potentiation，LTP）——這是一種被認(rèn)為是學(xué)習(xí)和記憶基礎(chǔ)的突觸強(qiáng)化機(jī)制。換句話說(shuō)，在深度冷凍之后，這些神經(jīng)回路依然保留了形成記憶相關(guān)可塑性的能力。不過(guò)，由于腦切片在實(shí)驗(yàn)條件下本身會(huì)逐漸退化，這些功能只能維持幾個(gè)小時(shí)，因此研究者只能在有限時(shí)間內(nèi)觀察這些現(xiàn)象。

在成功驗(yàn)證腦組織切片后，研究團(tuán)隊(duì)嘗試將方法擴(kuò)展到整個(gè)小鼠大腦。他們將完整大腦保持在–140℃左右的玻璃態(tài)中，最長(zhǎng)可達(dá)八天。然而，在這一過(guò)程中，研究者不得不反復(fù)調(diào)整實(shí)驗(yàn)方案，以減少冷凍保護(hù)劑帶來(lái)的毒性，以及避免大腦組織在冷卻過(guò)程中發(fā)生收縮。復(fù)溫后，研究人員再次從這些大腦中取出海馬體切片進(jìn)行電生理記錄，結(jié)果表明相關(guān)神經(jīng)通路仍然能夠產(chǎn)生LTP，這意味著關(guān)鍵的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在冷凍過(guò)程中得以保存。

不過(guò)，這并不意味著小鼠的大腦能夠在整體層面“復(fù)活”。由于實(shí)驗(yàn)是在切片中進(jìn)行的，研究人員無(wú)法驗(yàn)證冷凍前動(dòng)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(fù)意識(shí)或行為功能，仍然完全未知。

盡管如此，這項(xiàng)研究仍然代表了神經(jīng)冷凍保存領(lǐng)域的重要進(jìn)展。一些研究者認(rèn)為，這種逐步推進(jìn)的技術(shù)進(jìn)展，正是科幻概念逐漸轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)可能性的過(guò)程。例如，來(lái)自新罕布什爾大學(xué)的機(jī)械工程研究者姆里廷朱伊·科塔里（Mrityunjay Kothari）指出，這項(xiàng)研究展示了腦組織冷凍保存技術(shù)的顯著進(jìn)步，但距離實(shí)際應(yīng)用仍然相當(dāng)遙遠(yuǎn)。尤其是在大型器官甚至整個(gè)人體層面，熱傳導(dǎo)、機(jī)械應(yīng)力以及組織開(kāi)裂等問(wèn)題都會(huì)變得更加嚴(yán)重。

研究團(tuán)隊(duì)目前正在嘗試將該技術(shù)擴(kuò)展到人類腦組織。根據(jù)他們的初步數(shù)據(jù)，人類皮層組織在類似條件下也表現(xiàn)出一定程度的存活性。同時(shí)，研究者也在探索將玻璃化冷凍應(yīng)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(tài)中長(zhǎng)期保存并恢復(fù)功能，這將為器官移植提供一種全新的“器官銀行”。

但要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，還需要更先進(jìn)的冷凍保護(hù)劑、更均勻的冷卻和復(fù)溫技術(shù)，以及對(duì)大型組織熱力學(xué)過(guò)程更深入的理解。在當(dāng)前階段，這項(xiàng)研究更像是一個(gè)概念驗(yàn)證：它表明，大腦這種極其復(fù)雜的生物結(jié)構(gòu)，在完全停止活動(dòng)之后，仍然有可能恢復(fù)部分功能。

在科幻故事中，冷凍艙意味著跨越時(shí)間的旅行。而在現(xiàn)實(shí)科學(xué)中，這項(xiàng)技術(shù)更可能首先改變醫(yī)學(xué)實(shí)踐，例如在嚴(yán)重腦損傷、缺血性疾病或器官移植等待過(guò)程中保護(hù)關(guān)鍵組織。盡管距離真正的“冷凍睡眠”仍然十分遙遠(yuǎn)，但這項(xiàng)研究至少證明了一點(diǎn)：即使大腦進(jìn)入了看似完全靜止的狀態(tài)，它的功能并不一定永遠(yuǎn)消失。某些關(guān)鍵的神經(jīng)過(guò)程，或許仍然可以在解凍之后重新啟動(dòng)。

參考文獻(xiàn)：
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