▲作為腦細(xì)胞當(dāng)中的組成部分，神經(jīng)元(綠色)與星形膠質(zhì)細(xì)胞(紅色)會(huì)在豬腦死亡之后的10個(gè)小時(shí)左右開始土崩瓦解(圖左)。但研究人員正在嘗試?yán)靡环N所謂BrainEx的灌注技術(shù)(圖右)進(jìn)行搶救。圖片來源：Sestan實(shí)驗(yàn)室與耶魯大學(xué)醫(yī)學(xué)院，Stefano G. Daniele與Zvonimir Vrselja。

作為長(zhǎng)久以來被人們認(rèn)定為無(wú)可撼動(dòng)的兩大死亡定律之一，科學(xué)界堅(jiān)稱大腦功能的停止是一種不可逆轉(zhuǎn)的過程，這種狀態(tài)亦被稱為“腦死亡”。(另一種不可逆轉(zhuǎn)的過程為循環(huán)與呼吸功能的停止。)具體來講，人們普遍認(rèn)為腦細(xì)胞在此過程中會(huì)經(jīng)歷快速且無(wú)法逆轉(zhuǎn)的死亡變性。但就在上周三，《自然》雜志上發(fā)表的一項(xiàng)引人注目的最新研究表明，即使在死亡后數(shù)小時(shí)，腦部仍然能夠保留或者恢復(fù)多種功能。一支主要來自耶魯大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究小組高潮恢復(fù)了四小時(shí)前屠宰的豬大腦中的一些功能，并成功使這些功能繼續(xù)維持了六個(gè)小時(shí)。

神經(jīng)科學(xué)家兼團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人Nenad Sestan在一次新聞發(fā)布會(huì)中指出，“簡(jiǎn)而言之，如果我們能夠在培養(yǎng)皿當(dāng)中做到這一點(diǎn)，那么我們能否在完整的大腦中重現(xiàn)這一效果?”這項(xiàng)工作的基本思路，在于觀察對(duì)死亡后大腦中的細(xì)胞進(jìn)行觀察，并收集部分細(xì)胞在培養(yǎng)環(huán)境中進(jìn)行研究。Sestan和他的同事們開發(fā)出一套名為BrainEx的計(jì)算機(jī)化系統(tǒng)，其中包含三大要素：泵體、過濾器與儲(chǔ)池。這套系統(tǒng)將替代身體內(nèi)的血液循環(huán)機(jī)制，其雖然不含細(xì)胞但卻能夠攜帶氧氣，另包含大量用于保護(hù)細(xì)胞的化合物;此外，耶魯醫(yī)學(xué)院還提供了強(qiáng)有力的外科手術(shù)技術(shù)支持。

研究人員們將他們利用BrainEx維持的大腦與利用惰性液體灌注的大腦，以及未接入任何外部系統(tǒng)的大腦進(jìn)行了橫向比較，用以評(píng)估它們?cè)诓煌瑫r(shí)間段內(nèi)的相對(duì)狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)證明，該系統(tǒng)確實(shí)能夠減少細(xì)胞死亡率、保持解剖完整性，同時(shí)恢復(fù)循環(huán)、代謝以及一部分細(xì)胞功能。該團(tuán)隊(duì)甚至成功通過引入模仿細(xì)菌感染的分子來觀察到免疫細(xì)胞(即神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞)的炎癥反應(yīng)。研究結(jié)果顯示，細(xì)胞對(duì)于血液不流通所造成的損害擁有相當(dāng)強(qiáng)的彈性，而且這種可能導(dǎo)致大腦缺氧(或者說局部缺血)的狀態(tài)并不像人們?cè)菊J(rèn)為的那樣具有極為嚴(yán)重的危害。Sestan在采訪中表示，“我們?cè)趯?shí)驗(yàn)之前并未抱有任何先驗(yàn)性假設(shè)。但能夠?qū)⒓?xì)胞恢復(fù)到這樣的水平，仍然令我們感到相當(dāng)驚訝。”

這項(xiàng)工作亦代表著科研機(jī)構(gòu)在大腦的研究方法層面實(shí)現(xiàn)了重大突破。該項(xiàng)研究由美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院的BRAIN(全稱為「通過推進(jìn)創(chuàng)新神經(jīng)技術(shù)進(jìn)行腦研究」)計(jì)劃資助，并由NIH專家向新聞界介紹了實(shí)驗(yàn)的具體情況。來自國(guó)家精神衛(wèi)生研究所的BRAIN計(jì)劃團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人Andrea Beckel-Mitchener表示，“這一大腦研究層面的真正突破，代表著一種能夠彌補(bǔ)基礎(chǔ)神經(jīng)科學(xué)與臨床研究間巨大空白的新工具。它為我們帶來了前所未有的實(shí)驗(yàn)性訪問能力;我們也期待著能夠在腦循環(huán)、細(xì)胞代謝、其它細(xì)胞生物學(xué)以及遠(yuǎn)程連接繪圖等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)更多有趣的研究。”

這些直接性發(fā)現(xiàn)使得我們?nèi)祟悡碛辛烁鼮樯羁痰哪X死亡理解水平。專門研究大腦類器官的專家Madeline Lancaster(他參與到劍橋大學(xué)的「干細(xì)胞迷你大腦培養(yǎng)」研究當(dāng)中，但劍橋方面并未參加此次實(shí)驗(yàn))指出，“作為科學(xué)家兼醫(yī)生，我們長(zhǎng)久以來都有著這樣一種不容質(zhì)疑的論斷，即哪怕是僅僅幾分鐘的腦死亡也將帶來無(wú)法挽回的損傷。但此次研究的結(jié)果令人震驚。即使是從最淺顯的層面進(jìn)行分析，我認(rèn)為這也將掀起人們對(duì)于腦損傷問題的思考，并激發(fā)更多人參與到相關(guān)研究當(dāng)中，最終探索出如何讓已經(jīng)死亡的大腦恢復(fù)活力。”另外，腦死亡時(shí)間的延長(zhǎng)還將帶來其它一些影響——例如當(dāng)逝者愿意進(jìn)行器官捐贈(zèng)時(shí)，對(duì)應(yīng)器官也能夠在更長(zhǎng)的周期內(nèi)保持活力。正如《自然》雜志在一篇評(píng)論文章雖所提到，此項(xiàng)研究最直觀的收益就是幫助我們更準(zhǔn)確地了解所謂缺血性損傷。Sestan表示，“我們希望更好地了解如果進(jìn)行干預(yù)與救治，已告死亡的腦細(xì)胞究竟會(huì)做何反應(yīng)。通過這種方式，我們將有望為中風(fēng)以及其它可能引起腦細(xì)胞死亡的疾病提供更好的治療方法。”

而從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度來看，該系統(tǒng)將能夠提供一種強(qiáng)大的方法，用以研究大腦各細(xì)胞間的連接、通路功能與疾病轉(zhuǎn)變過程。利用腦切片、腦類器官(包括由干細(xì)胞培養(yǎng)生長(zhǎng)出的所謂「迷你大腦」)以及死亡后大腦進(jìn)行的研究，我們已經(jīng)基本確實(shí)這套系統(tǒng)至少擁有兩大優(yōu)點(diǎn)：第一，完整的大腦能夠提供絕佳的機(jī)會(huì)以研究大腦中的電信號(hào)通路。Lancaster表示，“如果說以往的研究必須要求完整的器官背景，那么這套系統(tǒng)絕對(duì)能夠給研究工作帶來巨大助益。換言之，如果我們能夠證明大腦回路在某種程度上也具有獨(dú)立的功能性，那么將其對(duì)應(yīng)為完整的回路結(jié)構(gòu)將實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的背景支持。”其次，尸檢研究也將能夠把觀察過程限定在特定的離散時(shí)間點(diǎn)上，從而控制對(duì)疾病進(jìn)展的理解。舉例來說，有些人認(rèn)為神經(jīng)退化性疾病——例如阿爾茨海默癥——涉及毒性蛋白質(zhì)在大腦當(dāng)中的傳播。Lancaster解釋稱，“現(xiàn)在我們可以通過多種方式對(duì)大腦進(jìn)行更多研究，例如引入朊病毒蛋白或淀粉樣β蛋白，并觀察其擴(kuò)散跡象。這種實(shí)時(shí)觀察能力真的非常關(guān)鍵，也將成為一種非常強(qiáng)大的研究方法。”

從實(shí)驗(yàn)計(jì)劃階段開始，該團(tuán)隊(duì)就充分考慮到現(xiàn)有倫理框架的約束。之所以涉及倫理問題，主要是因?yàn)閺?fù)蘇的大腦可能會(huì)、也可能不會(huì)表現(xiàn)出存在意識(shí)的跡象。在此項(xiàng)研究中，參與人員專門準(zhǔn)備了低溫環(huán)境并配置有麻醉劑，用以盡可能降低恢復(fù)意識(shí)的機(jī)率，同時(shí)在出現(xiàn)相關(guān)跡象時(shí)及時(shí)中止。他們不斷監(jiān)測(cè)大腦表面的電信號(hào)記錄，而且沒有看到任何可能與認(rèn)知活動(dòng)相關(guān)的全局電活動(dòng)證據(jù)。來自西雅圖艾倫腦科學(xué)研究所的Christof Koch作為意識(shí)神經(jīng)科學(xué)主要研究員指出，“我可以非常有信心地判斷，這些復(fù)蘇的大腦并不存在意識(shí)。我們并沒有發(fā)現(xiàn)任何與意識(shí)相關(guān)的信號(hào)——甚至連睡眠狀態(tài)都沒有達(dá)到，腦電波只是一條直線，意味著其中不存在任何意識(shí)活動(dòng)。”

然而，缺乏腦電波活動(dòng)的部分原因，也可能是因?yàn)楣嘧⑺褂玫娜芤寒?dāng)中含有神經(jīng)活動(dòng)阻滯劑。研究人員之所以在溶液當(dāng)中添加這些阻滯劑，主要是希望保持大腦靜止以最大限度實(shí)現(xiàn)細(xì)胞恢復(fù)。活躍的大腦無(wú)疑需要更為可觀的能量供應(yīng)，而且腦電活動(dòng)本身也有可能破壞神經(jīng)元(腦科學(xué)中將其稱為「興奮毒性現(xiàn)象」)。研究小組采用的組織樣本顯示，單個(gè)神經(jīng)元仍然具有一定電活動(dòng)，因此他們必然需要清洗溶液以對(duì)樣品實(shí)施進(jìn)一步電生理記錄。

但如果不使用這些阻滯劑，情況又會(huì)發(fā)生怎樣的變化?研究項(xiàng)目聯(lián)合主管Stefano Daniele在采訪當(dāng)中表示，“我們無(wú)法給出具有科學(xué)確定性的答案，因?yàn)槲覀冞€沒有進(jìn)行這樣的實(shí)驗(yàn)。”如果未來的實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚴沟脧?fù)蘇的大腦具有更接近有意識(shí)活動(dòng)的狀態(tài)，那么相關(guān)結(jié)果也將激發(fā)如何對(duì)真正的死亡做出定義這一關(guān)鍵問題。這些考量因素在另一篇綜述文章中得到評(píng)論，該論文由法律學(xué)者Nita Farahany參與撰寫，他本身是生物倫理學(xué)家、亦是BRAIN計(jì)劃的神經(jīng)倫理學(xué)工作組成員。研究人員們?cè)谠缙趯?shí)驗(yàn)階段就已經(jīng)向他進(jìn)行過咨詢。

該團(tuán)隊(duì)還咨詢了耶魯大學(xué)的動(dòng)物護(hù)理與使用委員會(huì)(簡(jiǎn)稱IACUC)，并得知此項(xiàng)研究的對(duì)象不受動(dòng)物福利保護(hù)指南的約束。最明顯的理由是，這些豬已經(jīng)死亡：研究人員從一家豬肉加工廠當(dāng)中采購(gòu)到這些大腦，因此并不存在為了科學(xué)研究而犧牲動(dòng)物的問題。而且從任何一個(gè)角度來看，該項(xiàng)指南也都不適用于作為食物進(jìn)行飼養(yǎng)的動(dòng)物。

展望未來，必定會(huì)有眾多其它實(shí)驗(yàn)室對(duì)此項(xiàng)工作進(jìn)行重復(fù)，這也意味著更多研究人員得慢慢克服系統(tǒng)手動(dòng)操作所帶來的極高復(fù)雜性。團(tuán)隊(duì)本身希望他人的重復(fù)能夠弄清一個(gè)事實(shí)，即大腦活性保持的最長(zhǎng)周期究竟有多長(zhǎng)。他們?cè)趯?shí)驗(yàn)中的灌注階段只持續(xù)了六個(gè)小時(shí)，這是因?yàn)樽鳛閷?duì)照組的BrainEx系統(tǒng)外大腦樣品已經(jīng)發(fā)生嚴(yán)重的分解，無(wú)法進(jìn)行任何有意義的進(jìn)一步比較。

如果大腦能夠長(zhǎng)時(shí)間保持運(yùn)轉(zhuǎn)，而且研究人員得以從首先實(shí)現(xiàn)恢復(fù)的細(xì)胞著手進(jìn)行電信號(hào)功能恢復(fù)，那么后續(xù)研究無(wú)疑將面臨前所未有的倫理難題。Farahany指出，“這就帶來了一系列必須回答的問題。我們可以恢復(fù)腦電圖嗎?如果可以恢復(fù)，具體方法上又存在哪些限制?另外，對(duì)于動(dòng)物乃至人類的研究最終又會(huì)帶來怎樣的影響?”在法拉漢看來，這些未知因素將最初被認(rèn)定為死亡組織的對(duì)象劃入了全新的倫理范疇。Farahany表示，“這種潛在的復(fù)蘇能力帶來了一種以往我們不曾考慮過的倫理范疇，同時(shí)也要求我們以前所未有的方式加以看待。人們當(dāng)然可以采取最安全的方法，即給予動(dòng)物研究對(duì)象一定程度的保護(hù)。”這類實(shí)驗(yàn)很可能會(huì)首先在嚙齒動(dòng)物當(dāng)中進(jìn)行，且初期只需要去除那些可能阻斷電活動(dòng)的化學(xué)物質(zhì)。但如果要檢測(cè)任何與意識(shí)相關(guān)的腦部活動(dòng)，我們就必須認(rèn)真思考一切可能與道德倫理相關(guān)的影響因素。Farahany最后總結(jié)稱，“到這個(gè)時(shí)候，實(shí)驗(yàn)對(duì)象在很大程度上應(yīng)該被視為一種活體動(dòng)物 ，而且我們需要盡可能降低其疼痛感或者承受痛苦的風(fēng)險(xiǎn)。但問題是：直到現(xiàn)在，我們還只是將其視為組織層面的研究，也就是實(shí)驗(yàn)對(duì)象似乎談不上到底是活著還是死亡。”