Vladyslav Vyazovskiy, docent i neurovetenskap, University of Oxford
Under kalla, mörka dagar är det frestande att föreställa sig att stänga in sig själv tills det varmare vädret kommer tillbaka. Många djur gör just det genom att gå in i ett tillstånd som kallas torpor, där de reducerar sina kroppsfunktioner till ett minimum och använder fettdepåer i kroppen som energi. Skulle människor någonsin kunna övervintra på samma sätt?
Bortsett från att det är ett bekvämt sätt att undvika vintern kan en anledning att ta reda på det vara tillkomsten av långväga rymdresor. En resa till vår närmaste planet Mars skulle ta cirka åtta månader med dagens teknik. Om vi en dag hoppas kunna besöka ett annat stjärnsystem skulle resan ta flera år, även om vi kunde resa med ljusets hastighet. Att kunna gå in i ett tillstånd av långvarig torpa skulle göra sådana sträckor betydligt mindre tråkiga för astronauterna och spara viktiga resurser.
Som neurovetenskapsman ingår jag för närvarande i en expertgrupp som organiserats av Europeiska rymdorganisationen för att ta reda på om och hur vi skulle kunna försätta människor i ett tillstånd av stasis. Det är fortfarande en öppen fråga, men åtminstone i teorin kan vi inte utesluta att det kan vara möjligt.
Kroppstemperatur och ämnesomsättning
Igelkottar går in i långvariga perioder av torpor, vanligtvis under vintern.
(Credit: )
Torped verkar ha utvecklats för att effektivt fylla luckorna under de perioder av året då det inte finns något behov för vissa djur att vara ute i världen, till exempel när det är ont om mat. Tekniskt sett hänvisar det till ett reglerat tillstånd av minskad ämnesomsättning, vilket innebär att de kemiska reaktioner i en organisms kropp som håller den vid liv saktar ner. Hjärtfrekvens, andning och energiförbrukning minskar dramatiskt och kroppstemperaturen kan också sjunka.
När och hur länge djur går in i torpor kan variera enormt, från många månader om året till bara några timmar om dagen under en period av några månader. Vissa djur, t.ex. möss och kolibrier, går dagligen in i ett tillstånd av torpor om de behöver spara energi. Andra, t.ex. igelkottar och björnar, går in i långa perioder av torpor, vanligtvis under vintern (detta är vad vi kallar vinterdvala). De arter som går in i torpor varje år, även om förhållandena utanför är stabila, kallas obligatoriska vinterdäckare.
Det faktum att stora däggdjur som björnar och till och med primater, som den tjocksvansade dvärglemuren på Madagaskar, kan gå i vinterdvala innebär att människan teoretiskt sett inte är för stor eller energikrävande för att gå in i torpor. Vårt evolutionära ursprung hindrar oss inte heller från att göra det, eftersom djur som går i dvala har hittats i stor utsträckning bland alla typer av däggdjur.
Kontrollerad hypotermi och metabolism används redan i stor utsträckning i klinisk praxis, t.ex. vid hjärtkirurgi och för att skydda vävnader från skador när blodflödet minskar, t.ex. efter en stroke. Sänkt kroppstemperatur och ämnesomsättning innebär att cellerna behöver mindre syre, vilket gör det möjligt för dem att överleva under förhållanden när syre inte kan tillföras. Denna process av artificiell nedkylning hos människor verkar likna spontan torpor hos djur genom att den innefattar minskad andning, hjärtfrekvens och ämnesomsättning. Men den viktigaste skillnaden är att djuren verkar ”veta” hur de ska gå in i torpor på ett säkert och spontant sätt. Att sänka en människas kroppstemperatur genom att blockera hennes naturliga termoreglering kräver aggressiv användning av läkemedel.
En av svårigheterna med att replikera torpor är att vi inte riktigt vet hur djur startar och upprätthåller processen. Mycket forskning har ägnats åt att undersöka det men få avgörande svar har hittills erhållits. Å ena sidan är det möjligt att torpor utlöses ”nedifrån och upp” och börjar med förändringar som sker i enskilda celler i kroppen på molekylär nivå. Men en ”uppifrån och ner”-metod som involverar signaler från nervsystemet eller hormoner kan också spela en roll.
Beskydd av hjärnan
Det finns en annan nyckelfråga när det gäller idén om mänsklig dvala, och det är vad den kan göra med hjärnan. Djur som går i dvala kommer regelbundet ut ur torpor under en period av timmar eller dagar, men tillbringar ofta den tiden i sömn innan de återgår till dvala På samma sätt brukar djur som kommer ut ur daglig torpor också vanligtvis gå in i en djup sömn.
Detta har lett till att en del forskare har föreslagit att även om vi tenderar att tänka oss att dvala är som en lång sömn, så skapar torpor i själva verket ett sömnfattigt tillstånd och djuren måste regelbundet kompensera för detta. Vi kan se detta genom att djurens hjärnvågsmönster är liknande när de kommer ut ur torpor och när de har varit sömnlösa.
Detta kan bero på att den låga ämnesomsättningen och kroppstemperaturen i torpor är förknippade med aktivitet i dessa hjärnregioner, som vanligtvis är förknippade med sömnreglering. Men det kan också bero på att torpor förändrar hjärnan på ett sätt som kan skada den om den inte återställs av sömnens mekanismer. Hjärnan är mycket känslig för syrebrist och behöver därför skyddas under den tid då blod- och näringstillförseln minskar.
Ett annat sätt som torpor påverkar hjärnan är genom att minska och omorganisera de synaptiska kopplingar som ligger till grund för våra minnen. Forskning på djur som fladdermöss visar att de flesta minnen bevaras även efter många månader i ett tillstånd av nästan fullständig neuronal depression. Men vissa minnen verkar tas bättre om hand än andra, t.ex. förmågan att minnas nära släktingar. Så om vi ville framkalla mänsklig dvala skulle det vara oerhört viktigt att ytterligare undersöka hur minnen bevaras under en lång period av torpor.
Och även om vi fortfarande är osäkra på om säker långvarig mänsklig dvala är möjlig, kan forskning som undersöker potentiella mekanismer ge de nya insikter som behövs för att detta ska kunna bli verklighet. Nya tekniska framsteg och nya farmakologiska och genetiska verktyg har redan visat stor potential för att framkalla eller manipulera sömn. Men för att fullt ut förstå hur vi på ett säkert sätt skulle kunna framkalla mänsklig dvala måste vi sannolikt dissekera viktiga hjärnkretsar och identifiera de viktigaste molekylära vägarna som reglerar våra sömnfunktioner.
Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs den ursprungliga artikeln.