环球科学 2019-04-23
人类和哺乳动物的大脑相对其他动物来说可以说是非常发达，但是同时也十分脆弱和敏感。以往学界认为，当血流受到干扰，或者氧气浓度下降太多时，大脑只要几分钟就会受到严重的不可逆损伤，并造成脑细胞死亡。正因为大脑需要充足的血流供给营养，同时还需要氧气来维持正常功能，许多对脑死亡的定义中，解释为没有脑活动或者心肺功能缺失（将造成大脑供血不足或缺氧），这也是许多国家判断人类是否死亡的标准。但究竟脑组织是不是缺氧或缺血几分钟就死亡了，脑组织是否还会保持一些功能？科学界一直都在寻找答案，同时也一直在寻找让死后脑组织恢复生命迹象的方法。
在20世纪早期，科学家就开始尝试在动物心脏停止跳动时维持大脑功能，主要采用的是冷却大脑以及往其中泵送血液的方式，但当时并没有文献支持大脑功能是否有恢复。近一个世纪过去后，2002年，荷兰脑科学研究所的科学家就发现，从脑死亡后的病人取下的大脑组织，可以在死后8小时内继续在体外进行培养，培养的脑组织最长可以存活78天并产生大脑相关的蛋白，这也变相说明了我们平时所说的脑死亡，对脑组织来说并不是实际意义的完全死亡。
之后不断涌现了大量证据显示，我们常说的动物死亡，其脑组织是可以保留活动能力的，2010年阿拉巴马大学伯明翰分校研究人员发现，死亡10小时的大脑皮质组织中的线粒体组织仍具有活力；而2016年，Nenad Sestan就已经发现脑组织标本中具有大量可活动细胞，甚至还有部分神经电活动。这让此次研究的通讯作者、耶鲁大学的Sestan不禁想到，是否可以在目前定义的脑死亡后恢复大脑组织的部分功能。
目前最常用的维持大脑功能的方式就是灌注，已经有多项研究表明在动物脑缺血1小时的情况下，利用再灌注的方式可以恢复神经、电生理和代谢活动。这些实体动物研究都表明，利用灌注的方式可以延缓脑组织死亡时间，中止缺血或缺氧造成的细胞死亡，并恢复部分脑组织功能。为此，Sestan开发了一种全新的体外灌注系统——BrainEx，用于探究能否恢复死亡后的大型哺乳动物完整大脑的部分功能。
恢复部分细胞功能
得益于美国人不吃猪脑的习惯，美国的食品加工业都会直接将生猪的头直接切下来扔掉。因此Sestan从食品加工厂获得了许多完整的猪脑，实验室一般在猪死亡4小时后可以拿到猪头、进行灌注测试实验。在最新的Nature论文中，研究者共对32个猪脑进行了BrainEx灌注操作，并利用特殊的管道将猪的颈动脉和BrainEx相连，向猪脑进行模拟血液灌注。模拟血液与目前医学中常用的灌注液成分一样，灌注液也维持在正常体温37℃。
Brain Ex 利用灌注系统管道与猪脑的颈动脉相连，可以形成一个闭合回路。这一循环回路中的灌注液包含了氧气以及血液中的营养成分，通过系统的工作，灌注液可以运送至大脑中心区域，可以完全模拟血液在脑部中的血液循环。
在持续灌注6小时后，大脑皮层的细胞死亡数目与对照组相比更少，细胞可以维持正常的形态，并保留部分细胞功能。同时，研究者也观测到了一些突触活动，但是与意识、感知和高阶脑功能相关的神经电信号并没有被观测到。这些结果是非常令人震撼的，这也是首次在完整的大脑中恢复了部分细胞功能。
左侧为对照组的脑细胞，右侧为通入了Brain Ex系统的脑细胞，可以表达一些细胞功能的标记物。
因此，综上结果，Nature该篇论文的核心内容也非常明确了，即利用全新的灌注技术平台Brain Ex可以恢复死猪大脑的部分循环和细胞功能。
无关“起死回生”
根据论文的通篇描述，其实作者并没有讨论起死回生这件事情。因为他的目的是探究脑组织死亡的定义，死亡后的一段时间脑组织是否还能保留功能恢复性，以及我们又能否恢复部分功能。在他最初做实验的推测中，背景描述为“我们认为，在适当的情况下，大型哺乳动物的大脑组织可以在死后维持更长的时间，并且可以复原部分功能。”
结论部分则为，“哺乳动物的大脑在脑循环停止后，仍然会保留一些没有发现的能力，利用合适的干预手段，我们可以在脑循环系统停止后恢复脑部微循环以及特定的分子和细胞功能”，“看起来，供血中断后的脑死亡是一个缓慢的过程，而不是数分钟内就全部死亡了”。
那研究的目的又是什么？通讯作者Sestan在新闻发布会上也表示得很清楚，在以往，大家研究神经性疾病的时候，都是利用脑组织切片等2维结构来研究，而想要研究完整的哺乳动物大脑就很困难。这次新研发的Brain Ex系统能部分恢复大脑功能，因此就能够模拟大脑的部分状态。那么在未来，研究人员可以拥有完整的脑3D模型，来研究类似脑卒中等大脑功能紊乱的神经性疾病，并且促进那些神经受损的患者脑内神经元的恢复。
根据科学验证的精神，一个课题只能验证一个观点，那Nature论文已经非常清楚，研究背景、研究目的和研究结论都与大脑起死回生没有关系，也与复活、复生毫不相关。
图片来源：pixabay
“我们研究的目的根本就不包括恢复意识一说，”另一名共同作者Stephen Latham表示，“在大脑展示出大面积神经电活动时，我们就会对其进行中止。”目前Brian Ex远不能在人类中使用，而且一旦涉及大脑神经活动的恢复，必然需要接受严格的伦理审查，耶鲁大学生物伦理专家Stephen Latham表示，“要进行这种类似的实验，必须只能局限于针对大脑退行性疾病的药物研发中。”
Nature的该项实验的确让人不禁会提问，究竟大脑的损伤和死亡是不是永久性的？从实验结果来看，与以往的推测相反，大脑组织似乎可以在死亡后很长的一段时间内保持功能恢复性。“我们或许小看了大脑的恢复能力”，范因斯坦医学研究院的专家Lance Becker表示。目前，相关伦理机构正在督促完善有关大脑实验的法律和准则。Nature的论文或许会激发新一轮对脑死亡和脑实验的讨论，但这都是留待更多科学家去解决的，而不是今天论文里的核心观点。
论文地址：
Restoration of brain circulation andcellular functions hours post-mortem
参考链接：
https://www.nature.com/articles/d41586-019-01216-4
https://www.usatoday.com/story/news/nation/2019/04/17/pigs-brain-brought-back-life-sort-of-yale-scientists-say/3485102002/…
