Nature今日封面“复活死亡大脑”?完全没有好吗

Nature今日封面“复活死亡大脑”?完全没有好吗
2019年04月19日 09:40 新浪科技综合

  来源:科研圈

  4 月 18 日凌晨, Nature 发表了一篇“挑战死亡定义”的研究论文:耶鲁大学的一组研究人员利用自行研发的体外灌流设备,使已经死亡 4 小时的猪大脑恢复了部分“活力”。

  研究人员表示,他们使用了一台名为 BrainEx 的自研设备,向死亡大脑的颈动脉连续灌流了 6 小时的人工类血溶液,发现死亡大脑内细胞形态得以保持,胶质细胞的免疫应答、神经元的自发电活动、氧代谢和葡萄糖代谢均得到了恢复。

  值得注意的是,在整个过程中,大脑并没有表现出整体性的皮层电活动。这意味着这项“拯救行动”并没有恢复猪脑的意识、感知觉、痛觉、情绪等高级功能,因此不会有任何专业人士会将其称之为死亡大脑的“复活”。但是,这项研究触及了医学界的“最终教条”——它对死亡的定义发起了挑战,并开始引发一场关于脑死亡、死者器官捐献的激烈争论。

图片来源:wattsupwiththat.com图片来源:wattsupwiththat.com

  拯救大脑

  对于高级哺乳动物来说,大脑是身体中最精密、也是最脆弱的器官之一。现代医学发展至今,已经有无数的案例告诉我们:哺乳动物大脑的血液循环只要被切断数秒钟,就会导致神经活动和意识的不可逆性丧失;如果不能立刻恢复血供,将导致脑内神经细胞进入无法挽救的凋亡过程,从而导致脑死亡。

  但是,耶鲁大学的神经科学家 Nenad Sestan 和同事们可能正在推翻这一医学常识。他们从耶鲁大学校园附近的屠宰场获得了大约 300 个猪头,将大脑从颅骨内取出,其中 32 个大脑被连接在了一台名为 BrainEx 的设备上。这台仪器包含记录软件、搅拌装置、液体容器、泵、加热器、过滤器等等部件,在装入含有血红蛋白、抗凝剂等成分的人工血液后,能够模拟正常温度下的机体血液循环。研究者将这 32 个猪脑的颈动脉与 BrainEx 相连,在它的帮助下,让这些大脑在死亡 4 小时后重新获得了血液供应。

BrainEx 示意图 | 图片来源:论文BrainEx 示意图 | 图片来源:论文

  Sestan 表示,与对照组那些没有接受人工血液灌流的大脑相比,得到 BrainEx 灌流的大脑显示出了“巨大的差异”。它们的脑细胞能够进行氧代谢与葡糖糖代谢;神经元能够自发产生动作电位,也可以对电刺激产生反应;血管在药物作用下产生了扩张反应;负责免疫应答的胶质细胞能对炎性细胞因子产生“生命样”反应;神经元内,负责提供能量的线粒体保留了完整的形态和结构;并且那些包裹在神经纤维外、参与神经元之间电信号传导的髓鞘结构也得以完整保留。

  总的来看,这些死亡大脑在接受了 6 个小时人工血液的灌流后,大部分的细胞似乎仍然“活着”:循环系统仍然可以工作,神经元的形状和大小、它们组成的网络结构以及其他细胞的功能看上去比那些没有接受灌流的大脑更接近正常状态。

  对于这些结果,Sestan 表示:“我们从未想过我们会做到这一点,。。。。。。我是指将大脑功能恢复到这个级别”。实际上早在 2017 和 2018 年,他们就在学界内部的闭门会议上向同行们介绍过这项研究的初步结果,参会学者们甚至用“令人难以置信”、“极其重要”等敬畏的语气和用词表达自己的震惊之情。达特茅斯学院(Dartmouth College)的神经科学家 James Bernat 博士表示,这项研究“表明,至少在细胞和分子水平上,大脑被剥夺血液和氧气后,并不会像我们想象的那样发生不可逆转的损伤。”他表示这是非常了不起的发现。

  本研究的作者则谨慎地表示,大型哺乳动物的大脑“在较长的死后阶段,其微循环以及分子和细胞层面的恢复能力未能被得到我们的充分认识。”换句话说,在某些情况下,大脑的死亡并不是一个永久的、不可逆转的过程。

  这不是复活

  现行的临床判断脑死亡的标准之一,就是观察死者的脑电(electroencephalogram, EEG)活动是否停止(一般会显示为一条直线)。在这项研究中,虽然研究者们能够恢复猪脑的循环代谢和相当一部分细胞活动,但是他们一直没有观察到这些大脑出现整体性的脑电波动,因此作者认为这意味着猪脑没有恢复意识,更不会产生任何的痛苦感受——因此这不能被称为“复活”。他们甚至在实验开始前就做好了准备,如果一旦发现这些猪脑在接受人工血液灌流的过程中出现任何产生意识的迹象,就会立刻对其进行麻醉或冷却,杜绝“缸中之脑”的可怕图景成为现实。

  然而,仍有不少学者认为这一实验带来了极大的争议。参与过美国脑计划项目的宾夕法尼亚大学哲学家 Jonathan Moreno 表示:“在神经科学界,人们对意识的定义,以及在实际情况中使用什么标准来判断一个人是否存在意识等问题,都存在巨大的分歧。这项研究虽然没在死亡后的猪脑中观察到整体脑电活动,但是他们发现神经元能够产生电活动。那么这种来自局部的微小信号是否属于意识的组成部分?它有没有可能是意识在极小尺度上的表现?“

  除此之外,我们还面临着一个更加难以回答的问题:BrainEx 在灌流中使用的人工血液里含有抑制神经元活动的化学成分,如果我们在实验中不使用这些药物,那么这些大脑有没有可能就此产生脑电活动,拥有意识?如果这种情况发生了,那么它究竟能不能算是一个活着的生命?

  如何定义死亡

  除了引爆伦理道德争论,这项研究也向现有的“脑死亡”定义和器官捐献流程发起了挑战。来自凯斯西储大学(Case Western Reserve University)的生物伦理学家 Stuart Youngner 和 Insoo Hyun 同期发表在 Nature 的评论文章中表示,“如果该结果足够稳固和可靠,那么它可能加剧拯救个体生命与死者器官捐献之间的矛盾。随着脑复苏科学的进步,类似的抢救或恢复人类大脑的努力似乎越来越合理。但是,那些为了器官移植而对死者进行的特殊操作就必须要让步了。”

  目前,不少伦理学家、移植外科医生和急救人员对脑死亡的定义都存在分歧和争议。目前大部分移植器官都来自被宣布为脑死亡的病人。想象一下,如果一个同意死后进行器官捐献的患者病危死亡,那么医护人员必须要决定在何时放弃抢救,转而保住健康器官,用它们拯救另一个生命。但是,如果 BrainEx 在将来能够继续改造升级,并且能够拯救人类大脑,那么被宣布为脑死亡的人就可能进入脑复苏抢救,而不是死后的器官捐赠流程。

  有记者采访了美国一家管理器官捐赠的私人团体 United Network for Organ Sharing,想听听他们对这项研究的看法。得到的回应是“我们不会就此表态。这种方法和器官捐赠没有关系。“

  专家们则抱有相反的态度。生物伦理学家和儿科心脏外科医生 Kathleen Fenton 博士表示,这项研究“在某些情况下让脑死亡的定义更模糊了,……我们应该正视这项研究带来的问题。关于脑死亡的讨论是必须的,这很重要。”

  抛去这项研究带来的伦理和道德争议,耶鲁大学的研究者们表示, BrainEx 是一项能够帮助我们研究大脑如何在缺血缺氧状态下更好复苏的新工具。鉴于目前神经科学实验室多是通过脑细胞培养或脑切片的方式,在静态或二维条件下研究大型哺乳动物大脑中的细胞。而 BrainEx 则提供了在三维立体角度研究大脑、探索复杂细胞相互作用和连接的条件,为研究大脑死亡提供了一种新方式。

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