皮卡丘，是几代人难忘的童年记忆。
这只黄黄的小萌宠，不仅凭借着强大的战斗力，成为了宝可梦里的巅峰存在，同时也靠着标志性的“皮卡，皮卡”，收获了极高的人气。
就连现实中的老鼠也扮起了皮卡丘
作为电鼠类宝可梦的一员，皮卡丘拥有着强大的战斗技能——十万伏特。但遗憾的是，现实世界中的老鼠，显然不具备这种能力。
那么，给现实中的老鼠通上电，能让它们变成发电的皮卡丘吗？问题的答案，还得从皮卡丘放电的原理说起。
皮卡丘的放电原理
抛开魔幻的设定，我们假设皮卡丘是一只普通的生物。
自然界中，将电作为攻击手段的生物也的确存在，电鳗就是其中的代表。它们可以输出高达800伏的电压，有时还能电死鳄鱼。
图片来源：YouTube
而使其拥有发电能力的，正是它们独有的发电细胞(electrocyte)。
数十年以来，生物学家对发电细胞的发电机制已经有了深入的了解。
这些形状类似于长方体的发电细胞，就像干电池一样规则排列在电鳗体内，并通过离子的跨膜运输在细胞内外形成电势差。
其本质，与人类神经信号与肌肉细胞中的电传导相同。因此，发电细胞也被认为是一种特殊的肌肉细胞。
电鳗的内部构造，图片来源：Nature
但相比其他利用生物电的常见细胞而言，发电细胞所能具备的电势差更大，能够提供高达0.15伏特的电压。
也就意味着，一旦成千上万个发电细胞的电压瞬间释放，就会爆发出数百伏特的强大电击。
基于电鳗的发电原理，科学家们也设计出了特殊的柔性电池，并将研究发表在了《Nature》上。而在研究发表之时，外界媒体给这种“柔性电池”的描述正是“皮卡丘式电池”。
皮卡丘的身体构造
虽然任天堂官方并没有给出皮卡丘身体构造的细节，但在宝可梦解剖图鉴Pokenatomy，以及喜爱皮丘卡的生物学家所发表（恶搞）的皮卡丘研究论文中，皮卡丘的发电能力都被归功于发电细胞。
在解剖图中，皮卡丘体内存在三个巨大的发电器官，分别位于耳朵、脸颊与胸腔，共占据其体重的三分之一。
这些发电器官的主要构成，正是发电细胞。
皮卡丘解剖图，图片来源：PokeNatomy
皮卡丘发电原理的（假）论文，图片来源：Popperfont
同时，我们也可以看到皮卡丘胸腔的肺与心脏等主要器官都被压缩到一起，主要是因为巨大的发电器官挤压了其他器官的空间。
另外，皮卡丘的重要器官的表面，理应还有一层强大的绝缘层。
这一点在电鳗等发电动物中广泛存在。因为只有在其他器官都绝缘的情况下，发电器官所产生的电击才会向电阻更低的外界环境中释放。
脸颊上存在的发电器官使得皮卡丘能够通过脸上的两个红圈放电，图片来源：维基百科
值得注意的是，这种绝缘层电阻要非常大。因为在动画片中，我们明显看到皮卡丘放出的电击穿了空气，而我们都知道，空气的电阻很高。
这就意味着，皮卡丘重要器官表面的绝缘层必须拥有比空气还要高的电阻，这样电流才会导向外界，而不是电伤自己。
电鳗放电
所以，如果电鳗在空气中放电，也会电伤自己，因为空气的电阻高于其器官绝缘层的电阻，容易导致电鳗发生“短路现象”。
正是因为水的电阻低于发电生物器官绝缘层的电阻，才使得大多数发电的生物都是鱼类。
给老鼠通电会变成皮卡丘吗？
我们分析了皮卡丘特殊的发电能力与高度绝缘的器官后，关于“老鼠通电会不会变成皮卡丘”的结论也呼之欲出了。
自然界中，由于并不存在可以储存如此大电量以及具有如此强绝缘能力的生物，因此无论给任何生物充电，都无法使得它们变成皮卡丘。
虽然皮卡丘的绝技——十万伏特，能在自然界中找到一点生物学上的支持，但从解剖学来说，它并不符合发电细胞的生物学属性。
电鳗的身体构造
一般来说，一条长约1米的电鳗，只能释放出500伏特的电压。而在解剖学上，电鳗的发电器官，则能占据电鳗体重的很大一部分。
发电细胞的生物学属性，就决定了每个细胞所能形成的电压具有上限，且无法无限缩小。
一只身高大概为40厘米，就算两侧各有3个，共计6个发电器官的皮卡丘，也很难释放出比1米电鳗更高的电压。也就是说，以皮卡丘这样的身体构造的发电生物，在现实世界不可能释放出高达十万伏特的电压。
电老鼠的科学应用
虽然给老鼠通电不会得到皮卡丘，甚至会电死老鼠，但给老鼠通非常小量的电，却是神经科学研究中不可或缺的研究手段。
正如前面提到的，生物体的神经信号是通过生物电来进行传导的。这种电传导的紊乱，会导致多种神经系统的疾病。所以，使用外源性的电刺激装置，可以调节大脑中电信号的传输，达到治疗帕金森病与癫痫等疾病的效果。
同时，电刺激也被发现对多种神经的生长有刺激作用，同时对肌肉功能的失调有显著的改善效果，这也成为了科学家们往老鼠不同部位通电来测量其治疗效果的重要原因。
正在接受大脑通电的老鼠
但值得注意的是，脑深部刺激与治疗性电刺激使用的电脉冲频率及电流大小都非常之低，根本无法给老鼠与它们的敌人带来实际性的电伤害，老鼠们也自然无法变成皮卡丘。
脑深部刺激（DBS）就是一种典型的往老鼠大脑中通电的技术，并且已经成功治疗了多种老鼠的神经系统疾病，相关技术也在人体试验中取得了进展。
尽管我们无法在真实世界拥有自己的皮卡丘，但无可否认的是，仍有无数老鼠正代替人类接受着“电击治疗”。它们与电的故事，将为无数神经系统疾病的患者带去康复的希望。
或许，这正是电气鼠的另一种浪漫～
参考文献
Schroeder, T.B.H., et al., An electric-eel-inspired soft power source from stacked hydrogels. Nature, 2017. 552(7684): p. 214-218.
Miterko, L., et al., Consensus Paper: Experimental Neurostimulation of the Cerebellum. The Cerebellum, 2019. 18.
Yang, Y., et al., Modelling and prediction of the dynamic responses of large-scale brain networks during direct electrical stimulation. Nature Biomedical Engineering, 2021. 5(4): p. 324-345.
作者｜ViaX盐趣科研教育签约导师 C·Liu
编辑｜李好富
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