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惊世骇俗!取出体外的猪脑存活成功

2018-4-28 10:34| 发布者: 炼数成金_小数| 查看: 15869| 评论: 0|来自: DeepTech深科技

摘要: 历史上有一个著名的思想实验,缸中大脑(Brain in a Vat)——它是指科学家把一个人体大脑从身体取出,大脑通过电极接收图像和感官信号,这样大脑在虚拟的环境中能感知到环境的信息。这个实验带来一个难题是道德困境 ...

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历史上有一个著名的思想实验,缸中大脑(Brain in a Vat)——它是指科学家把一个人体大脑从身体取出,大脑通过电极接收图像和感官信号,这样大脑在虚拟的环境中能感知到环境的信息。

这个实验带来一个难题是道德困境:大脑如何区分真实世界和模拟环境的?此外我们并不确定这个大脑是否还有身份和合法权利;而对于这个人的主体来说,一旦他醒来,是否会被剥夺感官?

图 | 缸中大脑

3 月 28 日,在美国国立卫生研究院(NIH)举行的会议上,美国神经科学中心(US neuroscience centers)就脑科学定界问题提出了伦理审查相关事宜,并且专门提到了此研究。

本周,17 位知名科学家、伦理学家、哲学家在《Nature》发表论文,要求对培养或保存人脑组织的活动进行道德方面的约束。然而,在科学进展方面,这项技术在实验室也已经取得了技术突破。

在之前提到的 NIH 会议上,耶鲁大学神经科学家 Nenad Sestan 介绍了其团队的实验成果。他们从屠宰场获得100~200个死猪的脑,并尝试利用泵、加热器以及符合体温的人造血袋恢复离体猪脑的血液循环。结果,研究人员不仅成功恢复了离体猪脑的血液循环,还使其在脱离本体的状态下继续存活了 36 个小时。


Sestan 称,证据显示猪没有恢复意识。但是,数十亿个猪脑细胞保持了健康状态,并且有正常的生命活动。他认为,结果“超乎意料”。但是,鉴于相关结果已经提交给学术期刊发表,Sestan不愿意透露更多细节。

其实,从去年春季起,业界就有消息称,耶鲁大学在恢复微循环方面取得突破性进展。微循环是指氧气流向大脑深处等位置的小血管的过程。对此,马萨诸塞州剑桥市布罗德研究所精神病研究主任 Steve Hyman 表示:“大脑可能会受到损伤,但是,如果细胞还活着,那么该大脑就是一个活的器官。保持大脑活力触及了现有技术技巧的极限,但是,这与体外肾脏保护也没有本质区别。”

Hyman 认为,与心肺脏等移植器官保存技术相似,该技术可能会让一些人误以为缸中之脑是一种避免死亡的方法,并且想象着把他们的大脑和新的身体连接起来。但是,至少现在,这一愿望还无法实现的。Hyman 表示,将大脑移植到一个新的身体中依然是“不可能的”。

“缸中”大脑
耶鲁大学的这个团队将系统命名为 BrainEx,系统由一条闭合的管道、储存池和人造血液组成。这个系统使得人造血液不断循环,从而将氧气输送到脑干、小脑动脉和大脑中心深处。Sestan 在向 NIH 工作人员和伦理专家介绍时表示,该技术也许不仅仅适用于猪,也可能适用于包括灵长类动物在内的任何物种。
图 | 猪通常被作为移植研究的对象。
研究团队于四年前开始研究这种技术,希望能够构建人脑细胞之间联系的全面图谱。目前团队正在向NIH申请资助。由于某些细胞联系可能跨越了大脑的大部分区域,它们在完整的器官中能更容易地被追踪。

Sestan表示,自己曾被耶鲁大学的一些外科医生询问,这种脑保护技术是否能用在医疗。他认为,如果能在人脑上进行癌症或阿尔茨海默氏症等疾病的治疗方法试验,那么人和豚鼠有什么区别呢?这很快就会引发严重的伦理和法律问题。

试想若一个人的大脑在体外复活,那么其醒来时,我们并不清楚这个人的感官是否已被剥夺——他能通过耳朵、眼睛或其他任何方式来沟通吗?他还有记忆吗?他还有身份或任何合法权利吗?从伦理角度而言,研究人员有权利解剖或处理这样的大脑吗?

图 | 1983年喜剧“两个脑袋的人 ”中的一幕

另外,由于美国联邦安全规定适用于人,而不是“死亡”的组织,目前还不确定美国食品和药物管理局(FDA)对这种技术的看法。NIH的一位顾问说:“即使不是放在缸中的大脑,也会有很多奇怪的问题。我认为很多人会为了找出答案,去屠宰场获取离体猪脑。”

Sestan 表示,他有点担心公众和同行对这项技术的看法。“人们很着迷,但我们必须注意他们着迷的程度。”

昏迷状态
众所周知,昏迷的大脑至少可以保持数十年的活力,就比如有的人愿意将他们脑死亡的家人一直连在呼吸机上。然而,对于如何保持离体大脑的活力,一直以来鲜有研究报道。之前也有科学家进行过一些尝试,包括 1993 年在啮齿动物上展开的一个研究。Sestan 的团队第一次在大型哺乳动物上,不使用低温技术而保持了离体大脑的活力,实验结果也非常鼓舞人心。

图 | 耶鲁大学神经科学家Nenad Sestan

起初,来自耶鲁的这个研究小组并不确定恢复了血液循环的离体大脑是否会恢复意识。为了探索这个问题,科学家们使用EEG技术检测了猪脑中复杂活动的相关迹象。这种技术通过在大脑表面放置电极来收集大脑因思想和感觉活动产生的电波。

Sestan 一度以为他们找到了这样的信号而非常兴奋。但后来,他们确定这些信号来自附近的设备,而离体大脑产生的脑波是平的,和昏迷状态的大脑类似。尽管组织本身“看起来非常棒”,但是一旦被解剖,细胞其实只是“看起来正常”。

研究团队认为,如果发生脑损伤或细胞死亡,脑波中电兴奋的缺失可能是不可逆的。实验中所用的猪脑是在断头后大约 4 小时被连接到 BrainEx 装置的。

不过,大脑无法恢复意识和兴奋也可能是由于血液替代品中的某些化学物质严重抑制了神经元的活动。他们使用了防止大脑水肿的化学物质,“有很多通道阻滞剂”,这也可能是造成他们没有得到任何信号的原因。

Sestan 告诉NIH,这项技术有希望让大脑永久保持活力的目标,而且也有可能帮助恢复意识。但是,他的团队不打算涉足这两方面,因为“这是未知的领域”。

“实验所用的动物大脑没有任何意识,我非常确定。”Sestan说,但是他有点担心未来人们使用该技术的方式。“如果有人优化了这一技术,并把它用在恢复人类大脑生命活动上,那就相当于是复活一个人。如果那个人有记忆的话,那将非常可怕。”

大脑实验
科学家在离体大脑中进行脑细胞连接实验时,意识并不是必需的。加州大学圣地亚哥分校的神经科学家 Anna Devor 说:“虽然在这种情况下得到的脑电图的是一条平坦的线,但大脑中仍有许多生命活动在发生。” 

Devor 认为,要构建脑细胞连接图谱,完整、活跃的大脑可以工作是较好的好。“死亡相关的所有问题都处在灰色地带。”她说,“但是,我们必须意识到离体大脑与其他器官并不相同,对待它,我们应该有对动物的尊重态度。”


本周《Nature》杂志刊登了一篇包括 Sestan 在内的等 17 位神经科学家和生物伦理学家联合发表的一篇社论,讨论了进行人类大脑组织的相关实验所需的特殊保护和规则。他们提出,三种“大脑替代品”会引起新的问题,包括类大脑器官(大米颗粒大小的神经组织)、人与动物嵌合体(移植了人类脑组织的小鼠)和离体人脑组织(比如在手术期间移除的脑组织)。

专家们接着提出了各种伦理安全措施,比如在移植人脑细胞的动物身上打麻药,使大脑处于“昏迷状态”。

Hyman 也签署了这封信,但表示并不是很情愿,因为他认为社论中大部分场景都是夸大的或几率渺茫的,微小的大脑器官组织几乎不可能有感觉或思想。他认为,刚发表的社论上未提及、却又亟需制定伦理相关规则的恰好应该是耶鲁大学团队尚未发表的体外大脑活力维持技术。

“因为这项技术在猪脑中已经实现,万一有人想在死后保持大脑活力,为人类组织的试验制定相关准则实在是一个紧迫又现实的问题。”

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