▲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)會在豬腦死亡之后的10個小時左右開始土崩瓦解(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)進行搶救。圖片來源：Sestan實驗室與耶魯大學(xué)醫(yī)學(xué)院，Stefano G. Daniele與Zvonimir Vrselja。

作為長久以來被人們認(rèn)定為無可撼動的兩大死亡定律之一，科學(xué)界堅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)胞在此過程中會經(jīng)歷快速且無法逆轉(zhuǎn)的死亡變性。但就在上周三，《自然》雜志上發(fā)表的一項引人注目的最新研究表明，即使在死亡后數(shù)小時，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)維持了六個小時。

神經(jīng)科學(xué)家兼團隊負(fù)責(zé)人Nenad Sestan在一次新聞發(fā)布會中指出，“簡而言之，如果我們能夠在培養(yǎng)皿當(dāng)中做到這一點，那么我們能否在完整的大腦中重現(xiàn)這一效果?”這項工作的基本思路，在于觀察對死亡后大腦中的細(xì)胞進行觀察，并收集部分細(xì)胞在培養(yǎng)環(huán)境中進行研究。Sestan和他的同事們開發(fā)出一套名為BrainEx的計算機化系統(tǒng)，其中包含三大要素：泵體、過濾器與儲池。這套系統(tǒng)將替代身體內(nèi)的血液循環(huán)機制，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細(xì)胞的化合物;此外，耶魯醫(yī)學(xué)院還提供了強有力的外科手術(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)的大腦進行了橫向比較，用以評估它們在不同時間段內(nèi)的相對狀態(tài)。實驗證明，該系統(tǒng)確實能夠減少細(xì)胞死亡率、保持解剖完整性，同時恢復(fù)循環(huán)、代謝以及一部分細(xì)胞功能。該團隊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)胞對于血液不流通所造成的損害擁有相當(dāng)強的彈性，而且這種可能導(dǎo)致大腦缺氧(或者說局部缺血)的狀態(tài)并不像人們原本認(rèn)為的那樣具有極為嚴(yán)重的危害。Sestan在采訪中表示，“我們在實驗之前并未抱有任何先驗性假設(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。”

這項工作亦代表著科研機構(gòu)在大腦的研究方法層面實現(xiàn)了重大突破。該項研究由美國國立衛(wèi)生研究院的BRAIN(全稱為「通過推進創(chuàng)新神經(jīng)技術(shù)進行腦研究」)計劃資助，并由NIH專家向新聞界介紹了實驗的具體情況。來自國家精神衛(wèi)生研究所的BRAIN計劃團隊負(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驗性訪問能力;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驗)指出，“作為科學(xué)家兼醫(yī)生，我們長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行分析，我認(rèn)為這也將掀起人們對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，腦死亡時間的延長還將帶來其它一些影響——例如當(dāng)逝者愿意進行器官捐贈時，對應(yīng)器官也能夠在更長的周期內(nèi)保持活力。正如《自然》雜志在一篇評論文章雖所提到，此項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行干預(yù)與救治，已告死亡的腦細(xì)胞究竟會做何反應(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。”

而從長遠(yuǎn)角度來看，該系統(tǒng)將能夠提供一種強大的方法，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)生長出的所謂「迷你大腦」)以及死亡后大腦進行的研究，我們已經(jīng)基本確實這套系統(tǒng)至少擁有兩大優(yōu)點：第一，完整的大腦能夠提供絕佳的機會以研究大腦中的電信號通路。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立的功能性，那么將其對應(yīng)為完整的回路結(jié)構(gòu)將實現(xiàn)強大的背景支持。”其次，尸檢研究也將能夠把觀察過程限定在特定的離散時間點上，從而控制對疾病進展的理解。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大腦進行更多研究，例如引入朊病毒蛋白或淀粉樣β蛋白，并觀察其擴散跡象。這種實時觀察能力真的非常關(guān)鍵，也將成為一種非常強大的研究方法。”

從實驗計劃階段開始，該團隊就充分考慮到現(xiàn)有倫理框架的約束。之所以涉及倫理問題，主要是因為復(fù)蘇的大腦可能會、也可能不會表現(xiàn)出存在意識的跡象。在此項研究中，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)意識的機率，同時在出現(xiàn)相關(guān)跡象時及時中止。他們不斷監(jiān)測大腦表面的電信號記錄，而且沒有看到任何可能與認(rèn)知活動相關(guān)的全局電活動證據(jù)。來自西雅圖艾倫腦科學(xué)研究所的Christof Koch作為意識神經(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。我們并沒有發(fā)現(xiàn)任何與意識相關(guān)的信號——甚至連睡眠狀態(tài)都沒有達到，腦電波只是一條直線，意味著其中不存在任何意識活動。”

然而，缺乏腦電波活動的部分原因，也可能是因為灌注所使用的溶液當(dāng)中含有神經(jīng)活動阻滯劑。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現(xiàn)細(xì)胞恢復(fù)。活躍的大腦無疑需要更為可觀的能量供應(yīng)，而且腦電活動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，單個神經(jīng)元仍然具有一定電活動，因此他們必然需要清洗溶液以對樣品實施進一步電生理記錄。

但如果不使用這些阻滯劑，情況又會發(fā)生怎樣的變化?研究項目聯(lián)合主管Stefano Daniele在采訪當(dāng)中表示，“我們無法給出具有科學(xué)確定性的答案，因為我們還沒有進行這樣的實驗。”如果未來的實驗?zāi)軌蚴沟脧?fù)蘇的大腦具有更接近有意識活動的狀態(tài)，那么相關(guān)結(jié)果也將激發(fā)如何對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計劃的神經(jīng)倫理學(xué)工作組成員。研究人員們在早期實驗階段就已經(jīng)向他進行過咨詢。

該團隊還咨詢了耶魯大學(xué)的動物護理與使用委員會(簡稱IACUC)，并得知此項研究的對象不受動物福利保護指南的約束。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)中采購到這些大腦，因此并不存在為了科學(xué)研究而犧牲動物的問題。而且從任何一個角度來看，該項指南也都不適用于作為食物進行飼養(yǎng)的動物。

展望未來，必定會有眾多其它實驗室對此項工作進行重復(fù)，這也意味著更多研究人員得慢慢克服系統(tǒng)手動操作所帶來的極高復(fù)雜性。團隊本身希望他人的重復(fù)能夠弄清一個事實，即大腦活性保持的最長周期究竟有多長。他們在實驗中的灌注階段只持續(xù)了六個小時，這是因為作為對照組的BrainEx系統(tǒng)外大腦樣品已經(jīng)發(fā)生嚴(yán)重的分解，無法進行任何有意義的進一步比較。

如果大腦能夠長時間保持運轉(zhuǎn)，而且研究人員得以從首先實現(xiàn)恢復(fù)的細(xì)胞著手進行電信號功能恢復(fù)，那么后續(xù)研究無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，對于動物乃至人類的研究最終又會帶來怎樣的影響?”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，即給予動物研究對象一定程度的保護。”這類實驗很可能會首先在嚙齒動物當(dāng)中進行，且初期只需要去除那些可能阻斷電活動的化學(xué)物質(zhì)。但如果要檢測任何與意識相關(guān)的腦部活動，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，“到這個時候，實驗對象在很大程度上應(yīng)該被視為一種活體動物 ，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。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，也就是實驗對象似乎談不上到底是活著還是死亡。”