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Nature:死了4小时的大脑又活过来了!

更新时间:2019-07-05 04:05:01

  死亡,是不可逆的吗?科幻电影中,身体已经死亡而大脑还能思考的剧情,真的能实现吗?

  新一期的Nature封面文章令人们对死亡的看法天翻地覆:科学家成功恢复了已经死亡的猪大脑的部分功能[1]。

  既往人们根深蒂固地认为,大脑的血供一旦停止,神经元也将迅速发生缺血坏死,其功能不可恢复;即使血供停止只有数秒或数分钟,脑的结构功能也会受到不可逆的损害[1]。

  然而,从上世纪开始,就一直有人试图挑战这个观念。有科学家曾在动物心脏停跳后立刻将大脑降温、将血液或实验用液体泵入脑供血血管,还能让大脑存活一段时间[2]。还有研究曾显示离体一段时间后的脑细胞仍有某些功能,比如分泌蛋白[3]。但是,此前还没有人试过让已经“死”了好几个小时的大脑“复生”。

  而如今,Nature上的这项研究颠覆了人们的认识。

  这项研究由由耶鲁大学科学家们进行。他们选取了屠宰场宰杀的猪的脑子为实验对象。这些猪头颅已和身体离断,猪肉用作加工食品,原本这些大脑将被丢弃,但是在科学家手里,它们得到了“重生”——

  是真的,重生。

  在实验用猪死亡4小时后,科学家将一些大脑连接上了一种特殊装置——BrainEX。

  BrainEx是耶鲁大学研究者设计制造的、专门用于研究离体大脑的体外灌注系统。灌注系统通过双侧颈动脉连接大脑的循环系统,传感器将持续灌注转化为脉冲式的灌注。

  实验大脑一共分为四组。在取得大脑的4小时后,实验组注入特殊的灌注液BEx,对照组注入对照液,两组灌注均持续6小时,一共试验10小时;一组不连接灌注系统,仅放置10小时;以上三组在试验结束后进行处理观察,还有一组在取得后冲洗1小时就进行处理观察,作为离体时间短的正常对照。研究者观察了脑和神经元的的结构、代谢活性、以及细胞的功能。

  实验结果显示,BrainEx能够很好地恢复脑血液循环系统中的血流,甚至连毛细血管都能得到良好灌注,血管对扩血管药物也有反应。

  与对照组相比,BEx灌注实验组神经元形态和密度得以保持。

  神经胶质细胞也保存完好。且注射炎性刺激物后,胶质细胞释放炎症介质的能力与正常对照无异。

  另外,研究者还发现神经元内的线粒体、外包裹的髓鞘结构均完好;突触结构保存完好,神经元产生动作电位的能力完好;脑细胞对灌注液中的氧和葡萄糖利用能力、释放二氧化碳的能力与正常对照相比无下降。

  这些结果连研究者们自己也始料未及。“我们的研究显示了细胞的死亡是循序渐进的,有些过程可以被推迟,阻止甚至逆转。”论文的通讯作者Sestan说。“我们从未想到我们能够获得这样的结果——细胞功能能保存到这个程度。我们真的很震惊。”

  一直以来,很少有方法能研究完整大脑的功能,这套系统提供了一个可能的手段;卒中、脑损伤等疾病的治疗也有可能从中获益。但研究者也指出,若要将BrainEx系统应用于人体,还有很长一段路要走。灌注液中的成分有可能引发过敏反应,而伦理学方面的问题更是不容忽视[5]——重启大脑生物学功能,是否也能重启大脑的意识,甚至思维、情绪、人格?

  这次研究团队尚未观察到遍及整个大脑的同步电活动——同步电活动才意味着大脑高级功能的重建,甚至是意识的恢复。研究者认为,“重启”大脑电活动可能需要一次外来的电刺激,或者让细胞在保存液中灌注时间更长,来恢复已受损的细胞功能。

  然而,在已经死亡的生物上重新激起意识,换句话说,有意识而没有身体的存在,这是前所未有的。

  研究者对这个问题也有提前认识。团队的另一名科学家Latham说,他们对此有充分准备——如果观察到了同步电活动,将使用麻醉药和低温抑制这种电活动。在对这个问题的伦理标准和监管机制出现之前,“重启意识”不应继续下去[5]。

  离体大脑的意识将会是什么样?密歇根大学教授Mashou认为,“一个没有其他器官、没有外周刺激的大脑,产生出来的意识会是什么样?这个问题难以想象。”

  另外,这项实验结果也可能会给脑死亡判断、器官移植等领域带来一番震动。

  Case Western Reserve大学的伦理学家Youngner和Hyun说,这项发现可能会加剧关于脑死亡的讨论和争议,加剧器官移植的两难境地:如果脑死亡可以逆转,我们还能将脑死亡患者的器官移植给他人吗[6]?

  在欧洲,急诊科医生会给因心脏骤停而死亡的病人泵入氧合后的血液,以此来保存他们的器官用于移植。如果死亡的大脑能够用BrainEx这类系统保存,那么器官捐献、移植的标准可能要重新考量[4]。

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