如何看待 Nature 研究让猪脑「起死回生」？死亡的定义是否会被改写？

单独存活的大脑，到底算不算生命？

高中的时候，青春的活力与荷尔蒙无处宣泄，于是，我和许多同龄人一样写过一些乱七八糟的小说。其中有一篇小说设定奇葩，至今印象深刻。

小说以第一人称视角“我”写就。故事发生在近未来，我是一名航天工程师，不幸在一次意外中，几个重要脏器受到严重损伤，当场死亡。由于我签订过器官遗体捐赠协议，于是过世之后，遗体被送去一个医疗机构用作科学研究。

由于所谓“主角光环”，虽然我的全身脏器都已衰竭死亡，但是大脑却在缺氧的条件下进入休眠状态，没有脑死亡。一名脑部科学家发现了这一点。按照当时的医学伦理，他应该主动报备，然后由我的家属来决定个是否对大脑进行安乐死。

但是私欲蒙蔽了他。他隐瞒了大脑仍然存活的真相，并申请了一个科研项目，用项目经费为我的大脑建立起了体外循环系统，并且为大脑接上了各种传感器，这样大脑就能接收到声音、图像等信息。

真相揭开了。几年前，这名科学家赌博欠了黑势力一笔巨款，无力还款，只能每月利用职责之便从机构中偷取麻醉药品偿还利息。后来，一名好心人帮助他偿还了负债，但是提出一个条件：需要定时提供所有他能得到的所有机要信息。

他被策反成了间谍，并在这条路上越走越远。

所以，他控制我的大脑，目的非常简单：他希望能从我这里得到更多的航天机密，卖出更高的价钱。

于是，一个毫无行动能力、毫无反抗能力的大脑，在整天直接的电击折磨中成为了他赚钱的工具。

当然，我是不会就此屈服的。我凭借这高绝的智慧，使用真真假假的信息让这位科学家陷入两难之境，成为了我的第一个提线木偶……

一个大脑征服宇宙的传说由此开始……

当时没有电脑，全用稿纸书写，且稿子保存了许多钱，两三年前我还读过。只不过多年后再次阅读，只觉年轻时阅历少、笔力差，小说不堪入目。遗憾的是，现在稿子已经找不到了，可能在某次搬家中遗失了。

刘慈欣的《三体》中，也有一段关于大脑的情节。

人类需要和在300年内和三体人进行直接接触。达到这个目标就需要将航天器的运行速度提高到光速的百分之一。人类科学家决定利用核能推动航天器——但这远远不够，因为航天器太重了。经过反复的压榨，航天器的质量被降低到最小，甚至航天员都是最特殊的那一位——只送一个大脑到三体人那里。

这个大脑就是云天明，《三体Ⅲ·死神永生》的主角之一。

大脑是人体中最重要的器官，是人之精髓所在。人的思想、记忆、情感都保存在大脑之中，人的主动行为也在大脑的主导下完成。在当下的世界，有几十个国家已经通过了脑死亡立法，将脑死亡认定为真正的死亡。

“不可逆的深度昏迷、自主呼吸停止、脑电波平直、脑干反射消失”，这是脑死亡的基本特征。脑死亡也意味着生命的彻底消逝。

那么我有一个问题，如果只剩一个单独存活的大脑，这算不算是生命？

以一个大脑称霸宇宙的“我”是不是一个生命？单“脑”赴会的云天明是不是一个生命？

耶鲁大学医学院实验室中被“起死回生”的猪头算不算是一个生命？

这是困扰耶鲁大学科学家的问题。

4月18日，在Nature期刊的一篇文章中，耶鲁大学医学院展示了他们的研究成果。

耶鲁大学的内纳德·塞斯坦团队有这么一个猜想：即便哺乳动物死亡数个小时，但大脑中特定的一些细胞仍然能够恢复功能。为了验证这个想法，他们开发了BrainEx系统，并从学校附近的屠宰场中拿到了300个猪头，从中抠出来32个猪脑，接入了BrainEx系统。

BrainEx类似体外循环体统，能够模拟正常体温下血液流动，能向大脑大脑输送水、氧气和其他营养物质，并装载各种传感器用以监视猪脑的活动。经过了6个小时的灌注，他们刚发现部分猪脑细胞能够进行氧代谢和糖代谢，神经元能对电刺激产生反应，循环系统能够工作，神经元的形状、大小、结构、功能接近正常状态。

当然，事情也就到此为止了。科学家们没有发现更高级的大脑活动，猪脑并没有恢复意识，脑功能的损失仍然不可逆转。

如果继续研究，他们可以尝试电击、或者注入富氧溶液用以复活大脑。但是科学家没有没有这样做，万一成功了，他们就可能触及论理底线，面临着直接的论理拷问：单独存活的大脑算不算一个生命？

这种伦理拷问并非仅限于思维试验，而具有很强的现实意义。

Nature同期刊载的一篇评论文章犀利地指出了这个问题。器官移植手术的器官源于被认定为脑死亡的志愿者。“大脑复活术”如果取得了重要的进展，走出了关键的一步，那么，已经登记的器官捐赠者会不会改变主意：既然我的大脑还可以拯救，我死后应该等待大脑复活手术，那凭什么拿走我的器官？

如果将单独存活的大脑视作一个生命，那将会有一系列问题等待解决：有没有投票权，能不能炒股，能不能结婚，能不能竞选总统，如何保证不被虐待，如何保证旁人不会使用虚假的电信号欺骗自己……

对于他来说，这个毫无支配能力的世界，到底是人生，还是炼狱？

大脑复活手术就像一个潘多拉魔盒，很难说打开之后是好还是坏，但是其必然会带来一系列伦理困境。

谢 @芝士喵 邀请。

首先，这个研究很精彩，最后发到nature上，也是实至名归。

具体的内容其他的回答已经写得很好了我就不狗尾续貂了。

通俗的说，这个内容研究是这样子的：

从屠宰场找了一些立体的猪脑子，然后把猪脑子放到37℃（体温）条件下，进行动脉血灌注，结果发现部分神经细胞还是有活动的（突触），并且细胞的死亡速度也变慢了。

那么，下面说一说，题目的问题

真的“起死回生”了吗?

我觉得，做过生物实验的人，基本上会一笑而过，因为，这真的不是“起死回生”！

很多人觉得，人会一刹那死掉，然后它的机体就全部狗带了。

事实上根本不是如此。

很多时候，人死了，但是他的组织器官不少还是“活的”，或者说，它的组织器官并没有丧失功能，正因为如此，才可以实现器官移植。

这还是器官层面的，至于细胞，人死后很长时间，细胞才会完全死亡（相信大家听说过尸僵的问题，其实就是人体细胞不断死亡过程分泌的一些物质造成的。）

而至少在非常短的时间内，人体的大部分细胞是活的！

（至于人死后细胞可以存活多久，我估计人体最后一个细胞死亡可能得按年来计算）

而这个时候，如果你给予这些细胞相应的培养物质，那么，这些细胞可以持续生存下去，这就是生物学里重要的一门学科：细胞生物学 研究的内容。

比如大家熟悉的海拉细胞，是1951年死于癌症的一个妇女的身体上的细胞，今天仍然存活在各大实验室。

可能有人会说，那是可以无限增殖的癌细胞啊，其实正常人的细胞一样可以活很久，比如今天我们用的不少成纤维细胞，都是上世纪从胎儿中获取的（比如人胚肺细胞我记得是1972年的），保存到现在还可以复活然后继续培养。

而这个实验中，采用了血管灌注，用血液重新灌注到这个大脑的动脉中，事实上，相当于给这颗死去的大脑营养物质了。

换句话说，这就是给死去的大脑加了各种生物培养基，于是就让整个大脑被培养起来。

于是很多细胞就可以继续活下去了，当然也包括神经细胞。

但是，必须指出，这不是复活。你培养一堆细胞，并不能让其恢复功能，而只是一堆组织在一起的细胞。

没有证据显示存在与意识、认知或其它更高阶的脑功能相关的全脑电活动。

所以，“起死回生”至少在现在是想都别想。

当然这个实验的意义在于探索大脑的保存。

怎么说呢···我个人觉得吧，“起死回生”，“改写死亡意义”啥的，还是太标题党了。

这个研究的真正意义在于：我们通常把医学上的脑死亡作为死亡真正的标准。也就是说，当医生宣布脑死亡后，这个人就彻底没救了，完蛋了。

脑死亡的临床诊断依据包括：深昏迷、自主呼吸停止、脑干反射消失。必须同时、全部具备上述3项条件，而且需明确昏迷原因，排除各种原因的可逆性昏迷。

但这篇研究告诉我们并非如此——脑死亡其实是一个漫长的过程，而不是我们传统上认为的是快速的、来不及干预的，它其实是可以被延缓，甚至部分可逆的。

也就是说，该研究延长了抢救的时间窗，脑死亡理论上并非生命的终点。

举例来说，这提示我们如果一个人脑死亡的瞬间，或者即将脑死亡之前，我们给他的大脑替换一个循环系统，是有可能把他从生死线中拉回来的。

或许未来我们可以等待他情况稳定了，再给替换回原本身体的循环系统，或者利用未来的仿生技术直接给他接入新的身体。

但要说“起死回生”恐怕言过其实，这篇文章的作者自己也不敢夸这个口。

BrainEx顶多算是延缓脑彻底死亡，神经元该死的还是死，各项脑功能该丢的还是丢，只不过进程慢一点，但在此期间结构和功能都在逐渐损伤。

而且文章也没有发现意识复苏和神经网络的整体活动等现象。也就是说，可以默认这位猪同志作为有意识的生命个体，其实已经算是死了。恰如作者在discussion中所述：

The observed restoration of molecular and cellular processes following 4 h of global anoxia or ischaemia should not be extrapolated to signify resurgence of normal brain function. Quite the opposite: at no point did we observe the kind of organized global electrical activity associated with awareness, perception, or other higher-order brain functions.
翻译：在经历了4小时的全身缺氧或缺血后，（通过Brain Ex）观察到的分子和细胞过程的恢复不应该被认为是正常脑功能的再次出现。恰恰相反：我们从未观察到与意识，感知或其他高阶脑功能相关的有组织的整体电活动。

我个人觉得，脑死亡发生一个小时以上，就算用替换循环的方式唤醒了部分脑功能，脑子也发生了不可逆的损伤了，不太可能能重新唤起意识，醒了也是个弱智or植物人。

因此，未来对此类技术的应用重点不在于所谓的起死回生，而是在于延迟死亡抢救的时间窗。

但短期内该技术恐怕没有实用于临床的可能，启发和象征意义大于实际意义。

至于死亡伦理问题，这里不谈。

ps: 做脑片电生理的时候，用人工脑脊液孵育脑片的情况下，神经元一样能活好几个小时，但谁能说这个脑子是有意识的呢？所以其实这个文章能上Nature我觉得还是有水分的···谁说学术期刊就不喜欢噱头的，学术期刊是最喜欢搞大新闻的···

先解析论文[1]：

• 如何灌注

整个实验的基础就是这套被作者称为BrainEx (BEx)的灌注系统，其设计跟心外科所用的体外循环机（cardiopulmonary bypass, CPB）[2, 3]有很多类似：

该灌注系统 1)包含脉冲发生器，可以模拟生理脉冲( physiological waveforms，血流脉冲等)，支持 20–140 毫米汞柱的压力变化范围，以及每分钟40–180次脉冲频率范围；2) 包含血液透析(haemodiafiltration)功能部分，以维持灌注液的成分平衡；3) 包含热交换部件以控制灌注液温度(可控范围3–42 °C）; 4) 由于灌注液中没有细胞，所以加入了回波敏感粒子/成分(echogenic particles)以方便超声系统对脑中灌注流的状态进行监测；5）包含动脉氧合器(Arterial oxygenator)对灌注液进行充氧; 6) 包含控制系统（computer interface）对灌注流输送状态进行监测和控制。

在猪被宰杀(USDA-regulated, 通过美国农业部监管的屠宰设施和流程)之后，猪脑被从延髓( medulla oblongata)部分切开，并切断连接的血管。屠宰后4小时，灌注液从颈动脉(carotid arteries)导入。灌注进行时，大脑并没有浸没于任何液体之中，而是保存在~95%湿度的环境中(Brain Chamber)。

• 灌注液成分

灌注液设计了两种，一种是对照组灌注液(Control Perfusate)：

另一种是真正起作用的BEx灌注液，其成分要复杂得多：

相比于对照灌注液，BEx灌注液的核心在于 供氧成分 和细胞保护剂成分。

• 实验结果

实验人员先用对照灌注液进行了测试，在屠宰4小时后开始关注，一般经过6个小时的灌注之后，灌注液的输入情况变得越来越差直到无法注入：

而使用BEx灌注液，则可以在6小时后仍然观测到很好的灌注流流通情况：

对使用BEx灌注时血管流通情况进行观测，从解剖上显示了很好的流通情况：

MRI图像进一步揭示了内部的结构变化情况：

使用BEx灌注的大脑在10小时之后具有最接近与活体大脑的解剖情况：侧脑室(绿色处)状况良好、关键结构清晰可辨. 对照组灌注则显示了明显的脑肿胀状态, 同时脑结构信号降低，显示了广泛的结果损坏。无灌注大脑组织内部还有气体聚合的情况(箭头处)，这是脑死亡之后组织降解的信号。

以上是宏观结构的情况，总体来看，BEx灌注能很好的保存大脑结构的状态，当然，这种保存相对于正常的活体大脑还是有明显差距的。

微观方面，尼氏染色（神经细胞胞体着色）显示，使用BEx灌注后的脑组织内，其神经细胞情况更接近于屠宰1小时时候的染色情况，这里需要注意灌注是从屠宰4小时后开始的：

上图显示对照灌注造成了大范围的对神经细胞胞体的破坏，而BEx灌注则很好的保存了胞体的结构情况。更多的证据（这里不一一列出）也证实了这一点。既然从宏观到微观，使用BEx灌注都能够很好的保存大脑结构（包括髓鞘情况等），那这种保存作用能否反映到大脑功能上呢。

答案是肯定的，证据包括 神经胶质细胞的炎症反应：

电子显微镜下的神经突触结构情况：

使用阈上去极化电流刺激(suprathreshold depolarizing current stimuli)会得到正常的放电情况（这是引起最多媒体兴趣的部分）：

同时，这些放电反应都会反映在Na和K离子的浓度上。观测静脉和动脉中的代谢标记物浓度情况，可见BEx灌注的脑组织进行了一定程度的代谢。

个人评论：

生死的标准在植物和比较低等的动物中相对比较模糊，很多植物砍掉茎部之后仍然可以存活，一些植物在极度干燥之后遇水可以很快复活[4]

而蚯蚓可以在被切断之后长回完全体——不管切掉的是头部还是尾部[5-7].

对于人体来说，一些神经结构的短时间破坏也是可以复生的，比如断指的接合和复生[8, 9].

但是，对于大脑这个神经系统的中枢来说，其结构要脆弱的多。缺氧和缺血都会导致大脑结构的损坏，并且一般认为这种损坏是不可逆的[10, 11]. 这种不可逆体现在神经元在人成年之后几乎不可再生[12], 一旦某些神经元被损坏，其存储的信息就永远丢失了。当这种损坏规模比较小时，由于神经连接的繁复性，一些功能可以通过剩余的未经损坏的连接来实现，但当这种顺坏规模比较大时，就有可能破坏某些功能相关的全部连接，因而该功能就完全被破坏了[13].

具体到该研究的对象，合适的灌注能保存一定的功能，但没有观测到任何神经元自发放电。神经元结构的观察也证明大部分神经元细胞的结构已经有一定程度的破坏。这样的结构和代谢状态显然已经低于大脑的最小状态了/植物人状态了[15]:

这种状态仍然符合脑死亡的定义。其功能没有驱动躯体活动的可能。所以媒体关于“复生”的解读是完全错误的，是典型的clickbait. 该研究对死亡的定义，尤其是对脑死亡定义的影响可以忽略。

对于临床来说，这个实验可能会给脑功能在创伤之后恢复的可能性带来更为积极的理解。比如中风、脑外伤、脑部手术等在合适的处理下可能会带来更加积极的效果，即使某些处理在之前认为是没有实际意义的。

[1] Vrselja, Z. et al. Restoration of brain circulation and cellular functions hours post-mortem. Nature, 2019 DOI: 10.1038/s41586-019-1099-1

[2] Dennis, C., Spreng Jr, D. S., Nelson, G. E., Karlson, K. E., Nelson, R. M., Thomas, J. V., ... & Varco, R. L. (1951). Development of a pump-oxygenator to replace the heart and lungs: an apparatus applicable to human patients and application to one case.Annals of surgery,134(4), 709.

[3] Moll, F. H. (2003).U.S. Patent No. 6,554,790. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office.

[4] Yobi, A., Wone, B. W., Xu, W., Alexander, D. C., Guo, L., Ryals, J. A., ... & Cushman, J. C. (2013). Metabolomic profiling in Selaginella lepidophylla at various hydration states provides new insights into the mechanistic basis of desiccation tolerance.Molecular Plant,6(2), 369-385.

[5] Ballinger, M. L., Blanchette, A. R., Krause, T. L., Smyers, M. E., Fishman, H. M., & Bittner, G. D. (1997). Delaminating myelin membranes help seal the cut ends of severed earthworm giant axons.Journal of neurobiology,33(7), 945-960.

[6] Cho, S. J., Koh, K. S., Lee, E., & Park, S. C. (2009). Differential expression of three labial genes during earthworm head regeneration.Bioscience, biotechnology, and biochemistry,73(12), 2609-2614.

[7] Tanaka, E. M., & Ferretti, P. (2009). Considering the evolution of regeneration in the central nervous system.Nature Reviews Neuroscience,10(10), 713.

[8] Illingworth, C. M., & Barker, A. T. (1980). Measurement of electrical currents emerging during the regeneration of amputated finger tips in children.Clinical Physics and Physiological Measurement,1(1), 87.

[9] Chen, Z. W., & Yu, H. L. (1987). Current procedures in China on replantation of severed limbs and digits.Clinical orthopaedics and related research, (215), 15-23.

[10] Kety, S. S. (1950). Circulation and metabolism of the human brain in health and disease.The American journal of medicine,8(2), 205-217.

[11] Cramer, S. C., & Nudo, R. J. (Eds.). (2010).Brain repair after stroke. Cambridge University Press.

[12] Sorrells, S. F., Paredes, M. F., Cebrian-Silla, A., Sandoval, K., Qi, D., Kelley, K. W., ... & Chang, E. F. (2018). Human hippocampal neurogenesis drops sharply in children to undetectable levels in adults.Nature,555(7696), 377.

[13] Jansen, O., Schellinger, P., Fiebach, J., Hacke, W., & Sartor, K. (1999). Early recanalisation in acute ischaemic stroke saves tissue at risk defined by MRI.The Lancet,353(9169), 2036-2037.

[14] Giacino, J. T., Ashwal, S., Childs, N., Cranford, R., Jennett, B., Katz, D. I., ... & Zasler, N. D. (2002). The minimally conscious state: definition and diagnostic criteria.Neurology,58(3), 349-353.

[15] Laureys, Steven, Adrian M. Owen, and Nicholas D. Schiff. "Brain function in coma, vegetative state, and related disorders."The Lancet Neurology3.9 (2004): 537-546.