ایجاد مرگ کاذب با روش تحریک فراصوت مغز

دانشمندان دانشگاه واشنگتن روشی را برای القای حالت مرگ کاذب در پستانداران با استفاده از تحریک فراصوت مغز ایجاد کردند.

به گزارش تکناک، این روش غیرتهاجمی به طور بالقوه می تواند در سناریوهایی مانند پروازهای فضایی یا برای بیمارانی که شرایط درمانی خاصی دارند برای حفظ انرژی و گرما استفاده شود.

برخی از پستانداران و پرندگان راه هوشمندانه ای برای حفظ انرژی و گرما با رفتن به حالت خواب دارند، که در طی آن دمای بدن و سرعت متابولیسم آنها کاهش می یابد تا به آنها اجازه دهد تا در شرایط بالقوه کشنده در محیط، مانند سرمای شدید یا کمبود غذا زنده بمانند. در حالی که شرایط مشابهی برای دانشمندانی که در دهه 1960 به فضا پرواز می کردند یا برای بیمارانی که شرایط سلامتی آنها را تهدید می کند، پیشنهاد شد، ایمنی القای چنین حالتی هنوز مبهم است.

هونگ چن، دانشیار دانشگاه واشنگتن در سنت لوئیس، و تیم تحقیقاتیش با استفاده از امواج فراصوت برای تحریک ناحیه پیش‌اپتیک هیپوتالاموس در مغز، که به تنظیم دمای بدن و متابولیسم کمک می‌کند، حالتی شبیه مرگ کاذب را در موش‌ها ایجاد کردند. چن و تیمش علاوه بر موش، که به طور طبیعی دچار مرگ کاذب می‌شود، در موش‌های صحرایی نیز مرگ کاذب ایجاد کردند. یافته‌های آن‌ها که در 25 می در مجله Nature Metabolism منتشر شد، اولین روش غیرتهاجمی و ایمن را برای القای حالتی شبیه به مرگ کاذب با هدف قرار دادن سیستم عصبی مرکزی نشان می‌دهد.

چن و تیمش یک مبدل فراصوت پوشیدنی برای تحریک نورون‌ها در ناحیه پیش‌اپتیک هیپوتالاموس ایجاد کردند.هنگامی که موش ها تحریک شدند، دمای بدن آنها حدود 3 درجه سانتیگراد به مدت یک ساعت کاهش یافت.

علاوه بر این، متابولیسم موش‌ها به جای استفاده از کربوهیدرات‌ها و چربی برای تامین انرژی از چربی استفاده کرد که یکی از ویژگی‌های کلیدی مرگ کاذب است. همچنین ضربان قلب موش ها در دمای اتاق حدود 47 درصد کاهش یافت.

این تیم همچنین دریافتند که با افزایش فشار صوتی و مدت زمان اعمال امواج فراصوت، دمای بدن کاهش بیشتری داشته و متابولیسم کندتر شد. این تغییرات به عنوان هیپوترمی و هیپومتابولیسم ناشی از فراصوت (UIH) شناخته می شود.

چن گفت: ما یک کنترل‌کننده بازخورد حلقه بسته خودکار برای دستیابی به هیپوترمی و هیپومتابولیسم ناشی از فراصوت طولانی‌مدت و پایدار با کنترل خروجی اولتراسوند ایجاد کردیم. کنترل‌کننده بازخورد حلقه بسته دمای بدن مورد نظر را کمتر از 34 درجه سانتی‌گراد تنظیم می‌کند که قبلاً برای مرگ کاذب طبیعی در موش‌ها حیاتی گزارش شده بود. این UIH کنترل شده با بازخورد، دمای بدن موش را به مدت حدود 24 ساعت در 32.95 درجه سانتیگراد نگه داشت و پس از خاموش شدن فراصوت به دمای عادی بازگرداند

برای یادگیری چگونگی فعال شدن هیپوترمی و هیپومتابولیسم ناشی از فراصوت، این تیم پویایی فعالیت نورون‌ها در ناحیه پیش‌اپتیک هیپوتالاموس را در پاسخ به فراصوت مورد مطالعه قرار دادند. آنها افزایش مداوم فعالیت عصبی را در پاسخ به هر پالس اولتراسوند مشاهده کردند که با تغییرات دمای بدن در موش ها همسو بود.

یانگ گفت: این یافته‌ها نشان داد که UIH با فعال‌سازی فراصوت نورون‌های ناحیه پیش‌اپتیک هیپوتالاموس برانگیخته می‌شود. یافته‌های ما مبنی بر اینکه تحریک جمجمه‌ای ناحیه پیش‌اپتیک هیپوتالاموس برای القای UIH کافی است، نقش حیاتی این ناحیه را در سازمان‌دهی حالت مرگ کاذب در موش‌ها آشکار کرد.

چن و تیمش همچنین می‌خواستند مولکولی را پیدا کنند که به این نورون‌ها اجازه می‌دهد با فراصوت فعال شوند. آنها از طریق توالی یابی ژنتیکی دریافتند که اولتراسوند کانال یونی TRPM2 را در نورون های ناحیه پیش اپتیک هیپوتالاموس فعال می کند. در آزمایش‌های مختلف، آنها نشان دادند که TRPM2 یک کانال یونی حساس به فراصوت است و به القای UIH کمک می‌کند.

در موش صحرایی که به طور طبیعی به خواب زمستانی یا خواب زمستانی نمی‌رود، تیم فراصوت را به ناحیه پیش‌اپتیک هیپوتالاموس رساند و کاهش دمای پوست به‌ویژه در ناحیه بافت چربی قهوه‌ای و همچنین کاهش حدود 1 درجه سانتی‌گراد در هسته را مشاهده کرد که شبیه خواب زمستانی طبیعی است.

چن گفت: UIH این پتانسیل را دارد که به هدف طولانی مدت دستیابی به القای غیر تهاجمی و ایمن مرگ کاذب که توسط جامعه علمی حداقل از دهه 1960 پیگیری می شود رسیدگی کند. امواج فراصوت دارای قابلیت منحصر به فردی برای تحریک غیرتهاجمی مناطق عمیق مغز با دقت مکانی و زمانی بالا در مغز حیوانات و انسان دارد.

زیر نویس

یک تیم تحقیقاتی به سرپرستی هونگ چن از دانشگاه واشنگتن در سنت لوئیس، روشی جدید و غیرتهاجمی را برای القای حالت مرگ کاذب در پستانداران با هدف قرار دادن سیستم عصبی مرکزی با امواج فراصوت توسعه داده اند. این تکنیک که شامل تحریک ناحیه پیش‌اپتیک هیپوتالاموس در مغز می‌شود، که به طور موثر دمای بدن و سرعت متابولیسم را در موش‌ها کاهش می‌دهد. این شرایط منجر به حالت مرگ کاذب یا خواب زمستانی می‌شود، که یک مکانیسم طبیعی است و توسط برخی از حیوانات برای زنده ماندن در شرایط شدید استفاده می‌شود.