死亡的兩個法律定義之一是所有腦功能不可逆轉地停止，通常被稱為“腦死亡”。（另一個是迴圈和呼吸功能停止。）人們普遍認為，腦細胞在死亡後會立即發生快速且不可逆轉的退化。但一項引人注目的新研究，週三發表在《自然》雜誌上，表明許多功能可以被儲存或恢復——即使在死亡數小時後。一個主要位於耶魯大學醫學院的研究團隊，成功地復甦了之前屠宰四小時的豬的整個大腦中的一些功能，並將其維持了六個小時。
這項工作的動機是觀察到可以從死後大腦中收穫細胞並在細胞培養物中進行研究，神經科學家兼團隊負責人內納德·塞斯坦在新聞釋出會上說：“簡而言之，如果我們在培養皿中可以做到這一點，我們可以在完整的大腦中做到嗎？”塞斯坦和他的同事開發的系統稱為BrainEx，包含三個要素：一個由泵、過濾器和儲液器組成的計算機化系統；一種不含細胞但能夠攜帶氧氣以及多種旨在保護細胞的化合物的血液替代物；以及一個將所有東西連線起來的外科手術。
研究人員將使用 BrainEx 維持的大腦與用惰性液體灌注或未連線任何東西的大腦進行了比較，以評估它們在不同時間的相對狀態。該系統減少了細胞死亡，保持瞭解剖完整性，並恢復了迴圈、代謝和一些細胞功能。該團隊甚至能夠透過引入一種模擬細菌感染的分子，觀察來自免疫細胞（稱為膠質細胞）的炎症反應。研究結果表明，細胞對停止血液流動造成的損害（這會剝奪大腦的氧氣，稱為缺血）的抵抗力比以前認為的要強得多。“我們沒有任何先驗的假設，認為我們能夠將細胞恢復到這種水平，”塞斯坦告訴記者。“我們真的感到驚訝。”
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這項工作可能代表了對研究大腦的現有方法的重大貢獻。這項研究由美國國立衛生研究院的 BRAIN（透過推進創新神經技術進行大腦研究）計劃資助，美國國立衛生研究院的專家也向媒體介紹了情況。“這對於大腦研究來說是一項真正的突破；這是一個連線基礎神經科學和臨床研究的新工具，”國家心理健康研究所的 BRAIN 計劃團隊負責人安德里亞·貝克爾-米切納說。“它提供了我們以前從未有過的實驗機會；我們預計將會出現關於大腦迴圈、細胞代謝、其他細胞生物學和繪製長距離連線的有趣研究。”
直接的研究結果對我們如何理解腦死亡具有重要意義。“作為科學家和醫生，我們被灌輸的觀念是，即使僅僅幾分鐘後，也沒有回頭路了；這顯然顛覆了這一觀念，”劍橋大學的腦類器官（所謂的由幹細胞生長的“迷你大腦”）研究專家瑪德琳·蘭開斯特說，她沒有參與這項工作。“我看到短期內最有潛力的是改變人們的這種想法，並希望促使人們對可能腦死亡的人類進行更多研究——並瞭解我們如何可能讓他們復活。” 延長腦死亡的宣告時間具有其他影響——它可能會延遲器官可用於捐贈的時間，正如 一篇評論文章在《自然》雜誌中討論的那樣。一個近期的好處是有機會更多地瞭解缺血性損傷。“我們希望更好地瞭解腦細胞如何對迴圈停止做出反應，以及我們是否可以進行干預並挽救這些細胞，”塞斯坦說。“透過這樣做，我們可能會為中風和其他導致腦細胞死亡的疾病找到更好的療法。”
從長遠來看，該系統可以為研究大腦連線、迴路功能和疾病過程提供一種強大的方法。已經可以使用腦切片、腦類器官（所謂的由幹細胞生長的“迷你大腦”）和死後大腦學習到一定程度的知識，但該系統至少提供了兩個優勢：首先，完整的大腦為研究大腦回路提供了無與倫比的機會。“如果問題是真正需要整個器官的背景，這絕對會給你帶來優勢，”蘭開斯特說。“如果我們知道[大腦回路]在某種程度上是功能性的，那麼能夠觀察完全完整的電路將非常強大。”其次，死後研究將觀察限制在離散的時間點，這限制了對疾病如何進展的理解。例如，有人認為，阿爾茨海默病等神經退行性疾病涉及毒性蛋白質在大腦中的擴散。“你可以在這裡做更多事情，從各個方面擾亂大腦：例如，引入朊病毒蛋白或β-澱粉樣蛋白，並觀察其擴散，”蘭開斯特說。“能夠即時看到它非常關鍵。這將是一種方法。”
該團隊從開始計劃實驗時就參與了現有的倫理框架。倫理方面的首要關注點是復甦的大腦是否可能表現出意識跡象。該研究特別希望避免意識恢復的微小可能性，並且研究人員準備降低溫度並使用麻醉劑來消除出現的此類跡象。他們不斷監測大腦表面的電記錄，沒有看到任何接近認知時應有的全域性性電活動。“我非常有信心，在這些復甦的大腦中不存在意識，”西雅圖艾倫腦科學研究所的意識神經科學領域的主要研究員克里斯托夫·科赫說。科赫說，沒有任何與意識甚至睡眠相關的訊號：“只有一條直線，暗示完全沒有任何形式的意識。”
但是，缺乏電活動的部分原因可能與灌注液中含有神經活動阻斷劑有關。研究人員加入這些阻斷劑是因為他們希望保持大腦靜止以最大程度地恢復細胞。活躍的大腦需要更大的能量供應，而放電的行為本身也會損害神經元（一種稱為興奮性毒性的現象）。該團隊採集了組織樣本，以證明單個神經元仍然具有電功能，這必然涉及洗去溶液，以便為電生理記錄準備樣本。
但是，如果不使用這些阻斷劑會發生什麼？“我們不能對此點給出任何科學的確定性，因為我們沒有進行這些實驗，”該研究的共同第一作者斯蒂法諾·達尼埃萊告訴記者。如果未來的此類實驗使復甦的大腦更接近有意識的活動，那將引發關於什麼可以被認為是真正死亡的討論。這些考慮事項在另一篇隨附的評論文章中進行了討論，該文章由法律學者尼塔·法拉哈尼共同撰寫，她是一位生物倫理學家，也是 BRAIN 計劃神經倫理工作組的成員，研究人員從早期就諮詢了她。
該團隊還諮詢了耶魯大學的機構動物護理和使用委員會 (IACUC)，成員被告知該研究不受動物福利保護指南的約束。最明顯的是，豬已經死了：研究人員從豬肉加工廠獲得了大腦，因此沒有動物為這項研究犧牲。在任何情況下，此類指南都不適用於為食物飼養的動物。
展望未來，這項工作必須由其他實驗室複製，這些實驗室必須學習手動作業系統的複雜性。該團隊本身希望確定大腦可以以這種方式維持多長時間。該實驗的灌注階段僅持續了六個小時，因為那時，未在 BrainEx 系統中的對照組大腦的解體程度太高，無法進行有意義的比較。
如果大腦可以長期維持運轉，並且研究人員從優先考慮細胞恢復轉向恢復原位的電功能，那將進入未知的倫理領域。“首先需要回答一些問題，”法拉哈尼說。“我們能恢復腦電圖 [腦電圖] 嗎？如果我們真的達到了那個程度，它的極限是什麼？那麼，這對動物研究和未來的人類研究有什麼影響？”在法拉哈尼看來，這些未知因素將最初被認為是死亡的組織置於一個新的倫理類別中。“正是[更大的恢復]的潛力創造了一種不同的道德地位，並且要求我們以不同的方式對待它，”法拉哈尼說。“人們可以採取最安全的方法，即給予其與動物研究物件相同的或類似的保護。”這樣的實驗可能會首先在齧齒動物身上嘗試，最初只是去除阻斷電活動的化學物質。如果檢測到任何看起來與有意識活動相似的跡象，我們將進入需要新倫理指南的領域。“在那時，如果你開始更多地將其視為活著的動物，那麼最大限度地減少任何疼痛或痛苦的風險將是適當的，”法拉哈尼說。“問題是：現在，我們認為這是組織研究，它不再只是明顯的死亡。它也不完全是活著的。”