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撰文丨楊心舟

人類和哺乳動物的大腦相對其他動物來說可以說是非常發(fā)達(dá)，但是同時也十分脆弱和敏感。以往學(xué)界認(rèn)為，當(dāng)血流受到干擾，或者氧氣濃度下降太多時，大腦只要幾分鐘就會受到嚴(yán)重的不可逆損傷，并造成腦細(xì)胞死亡。正因?yàn)榇竽X需要充足的血流供給營養(yǎng)，同時還需要氧氣來維持正常功能，許多對腦死亡的定義中，解釋為沒有腦活動或者心肺功能缺失（將造成大腦供血不足或缺氧），這也是許多國家判斷人類是否死亡的標(biāo)準(zhǔn)。但究竟腦組織是不是缺氧或缺血幾分鐘就死亡了，腦組織是否還會保持一些功能？科學(xué)界一直都在尋找答案，同時也一直在尋找讓死后腦組織恢復(fù)生命跡象的方法。

在20世紀(jì)早期，科學(xué)家就開始嘗試在動物心臟停止跳動時維持大腦功能，主要采用的是冷卻大腦以及往其中泵送血液的方式，但當(dāng)時并沒有文獻(xiàn)支持大腦功能是否有恢復(fù)。近一個世紀(jì)過去后，2002年，荷蘭腦科學(xué)研究所的科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)，從腦死亡后的病人取下的大腦組織，可以在死后8小時內(nèi)繼續(xù)在體外進(jìn)行培養(yǎng)，培養(yǎng)的腦組織最長可以存活78天并產(chǎn)生大腦相關(guān)的蛋白，這也變相說明了我們平時所說的腦死亡，對腦組織來說并不是實(shí)際意義的完全死亡。

之后不斷涌現(xiàn)了大量證據(jù)顯示，我們常說的動物死亡，其腦組織是可以保留活動能力的，2010年阿拉巴馬大學(xué)伯明翰分校研究人員發(fā)現(xiàn)，死亡10小時的大腦皮質(zhì)組織中的線粒體組織仍具有活力；而2016年，Nenad Sestan就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)腦組織標(biāo)本中具有大量可活動細(xì)胞，甚至還有部分神經(jīng)電活動。這讓此次研究的通訊作者、耶魯大學(xué)的Sestan不禁想到，是否可以在目前定義的腦死亡后恢復(fù)大腦組織的部分功能。

目前最常用的維持大腦功能的方式就是灌注，已經(jīng)有多項(xiàng)研究表明在動物腦缺血1小時的情況下，利用再灌注的方式可以恢復(fù)神經(jīng)、電生理和代謝活動。這些實(shí)體動物研究都表明，利用灌注的方式可以延緩腦組織死亡時間，中止缺血或缺氧造成的細(xì)胞死亡，并恢復(fù)部分腦組織功能。為此，Sestan開發(fā)了一種全新的體外灌注系統(tǒng)——BrainEx，用于探究能否恢復(fù)死亡后的大型哺乳動物完整大腦的部分功能。

得益于美國人不吃豬腦的習(xí)慣，美國的食品加工業(yè)都會直接將生豬的頭直接切下來扔掉。因此Sestan從食品加工廠獲得了許多完整的豬腦，實(shí)驗(yàn)室一般在豬死亡4小時后可以拿到豬頭、進(jìn)行灌注測試實(shí)驗(yàn)。在最新的Nature論文中，研究者共對32個豬腦進(jìn)行了BrainEx灌注操作，并利用特殊的管道將豬的頸動脈和BrainEx相連，向豬腦進(jìn)行模擬血液灌注。模擬血液與目前醫(yī)學(xué)中常用的灌注液成分一樣，灌注液也維持在正常體溫37℃。

Brain Ex 利用灌注系統(tǒng)管道與豬腦的頸動脈相連，可以形成一個閉合回路。這一循環(huán)回路中的灌注液包含了氧氣以及血液中的營養(yǎng)成分，通過系統(tǒng)的工作，灌注液可以運(yùn)送至大腦中心區(qū)域，可以完全模擬血液在腦部中的血液循環(huán)。

在持續(xù)灌注6小時后，大腦皮層的細(xì)胞死亡數(shù)目與對照組相比更少，細(xì)胞可以維持正常的形態(tài)，并保留部分細(xì)胞功能。同時，研究者也觀測到了一些突觸活動，但是與意識、感知和高階腦功能相關(guān)的神經(jīng)電信號并沒有被觀測到。這些結(jié)果是非常令人震撼的，這也是首次在完整的大腦中恢復(fù)了部分細(xì)胞功能。

左側(cè)為對照組的腦細(xì)胞，右側(cè)為通入了Brain Ex系統(tǒng)的腦細(xì)胞，可以表達(dá)一些細(xì)胞功能的標(biāo)記物。

因此，綜上結(jié)果，Nature該篇論文的核心內(nèi)容也非常明確了，即利用全新的灌注技術(shù)平臺Brain Ex可以恢復(fù)死豬大腦的部分循環(huán)和細(xì)胞功能。

根據(jù)論文的通篇描述，其實(shí)作者并沒有討論起死回生這件事情。因?yàn)樗?/span>目的是探究腦組織死亡的定義，死亡后的一段時間腦組織是否還能保留功能恢復(fù)性，以及我們又能否恢復(fù)部分功能。在他最初做實(shí)驗(yàn)的推測中，背景描述為“我們認(rèn)為，在適當(dāng)?shù)那闆r下，大型哺乳動物的大腦組織可以在死后維持更長的時間，并且可以復(fù)原部分功能。”

結(jié)論部分則為，“哺乳動物的大腦在腦循環(huán)停止后，仍然會保留一些沒有發(fā)現(xiàn)的能力，利用合適的干預(yù)手段，我們可以在腦循環(huán)系統(tǒng)停止后恢復(fù)腦部微循環(huán)以及特定的分子和細(xì)胞功能”，“看起來，供血中斷后的腦死亡是一個緩慢的過程，而不是數(shù)分鐘內(nèi)就全部死亡了”。

那研究的目的又是什么？通訊作者Sestan在新聞發(fā)布會上也表示得很清楚，在以往，大家研究神經(jīng)性疾病的時候，都是利用腦組織切片等2維結(jié)構(gòu)來研究，而想要研究完整的哺乳動物大腦就很困難。這次新研發(fā)的Brain Ex系統(tǒng)能部分恢復(fù)大腦功能，因此就能夠模擬大腦的部分狀態(tài)。那么在未來，研究人員可以擁有完整的腦3D模型，來研究類似腦卒中等大腦功能紊亂的神經(jīng)性疾病，并且促進(jìn)那些神經(jīng)受損的患者腦內(nèi)神經(jīng)元的恢復(fù)。

根據(jù)科學(xué)驗(yàn)證的精神，一個課題只能驗(yàn)證一個觀點(diǎn)，那Nature論文已經(jīng)非常清楚，研究背景、研究目的和研究結(jié)論都與大腦起死回生沒有關(guān)系，也與復(fù)活、復(fù)生毫不相關(guān)。

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“我們研究的目的根本就不包括恢復(fù)意識一說，”另一名共同作者Stephen Latham表示，“在大腦展示出大面積神經(jīng)電活動時，我們就會對其進(jìn)行中止?！蹦壳癇rian Ex遠(yuǎn)不能在人類中使用，而且一旦涉及大腦神經(jīng)活動的恢復(fù)，必然需要接受嚴(yán)格的倫理審查，耶魯大學(xué)生物倫理專家Stephen Latham表示，“要進(jìn)行這種類似的實(shí)驗(yàn)，必須只能局限于針對大腦退行性疾病的藥物研發(fā)中?！?/span>

Nature的該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的確讓人不禁會提問，究竟大腦的損傷和死亡是不是永久性的？從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，與以往的推測相反，大腦組織似乎可以在死亡后很長的一段時間內(nèi)保持功能恢復(fù)性?！?/span>我們或許小看了大腦的恢復(fù)能力”，范因斯坦醫(yī)學(xué)研究院的專家Lance Becker表示。目前，相關(guān)倫理機(jī)構(gòu)正在督促完善有關(guān)大腦實(shí)驗(yàn)的法律和準(zhǔn)則。Nature的論文或許會激發(fā)新一輪對腦死亡和腦實(shí)驗(yàn)的討論，但這都是留待更多科學(xué)家去解決的，而不是今天論文里的核心觀點(diǎn)。

論文地址：

Restoration of brain circulation andcellular functions hours post-mortem 

https:///10.1038/s41586-019-1099-1

參考鏈接：

https://www./articles/d41586-019-01216-4

https://www./story/news/nation/2019/04/17/pigs-brain-brought-back-life-sort-of-yale-scientists-say/3485102002/

https://www./emb_releases/2019-04/yu-srs041519.php

https://www./science/2019/04/17/scientists-restore-some-brain-cell-functions-pigs-four-hours-after-death/?noredirect=on&utm_term=.702b2fe1b4a8

https://www./sciencetech/article-6932171/FrankenSWINE-Scientists-bring-functions-pigs-BRAIN-life.html

文章由“科普中國頭條創(chuàng)作與推送項(xiàng)目”團(tuán)隊(duì)推出

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