死亡的两个法律定义之一是所有脑功能不可逆转地停止，通常被称为“脑死亡”。（另一个是循环和呼吸功能停止。）人们普遍认为，脑细胞在死亡后会立即发生快速且不可逆转的退化。但一项引人注目的新研究，周三发表在《自然》杂志上，表明许多功能可以被保存或恢复——即使在死亡数小时后。一个主要位于耶鲁大学医学院的研究团队，成功地复苏了之前屠宰四小时的猪的整个大脑中的一些功能，并将其维持了六个小时。
这项工作的动机是观察到可以从死后大脑中收获细胞并在细胞培养物中进行研究，神经科学家兼团队负责人内纳德·塞斯坦在新闻发布会上说：“简而言之，如果我们在培养皿中可以做到这一点，我们可以在完整的大脑中做到吗？”塞斯坦和他的同事开发的系统称为BrainEx，包含三个要素：一个由泵、过滤器和储液器组成的计算机化系统；一种不含细胞但能够携带氧气以及多种旨在保护细胞的化合物的血液替代物；以及一个将所有东西连接起来的外科手术。
研究人员将使用 BrainEx 维持的大脑与用惰性液体灌注或未连接任何东西的大脑进行了比较，以评估它们在不同时间的相对状态。该系统减少了细胞死亡，保持了解剖完整性，并恢复了循环、代谢和一些细胞功能。该团队甚至能够通过引入一种模拟细菌感染的分子，观察来自免疫细胞（称为胶质细胞）的炎症反应。研究结果表明，细胞对停止血液流动造成的损害（这会剥夺大脑的氧气，称为缺血）的抵抗力比以前认为的要强得多。“我们没有任何先验的假设，认为我们能够将细胞恢复到这种水平，”塞斯坦告诉记者。“我们真的感到惊讶。”
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这项工作可能代表了对研究大脑的现有方法的重大贡献。这项研究由美国国立卫生研究院的 BRAIN（通过推进创新神经技术进行大脑研究）计划资助，美国国立卫生研究院的专家也向媒体介绍了情况。“这对于大脑研究来说是一项真正的突破；这是一个连接基础神经科学和临床研究的新工具，”国家心理健康研究所的 BRAIN 计划团队负责人安德里亚·贝克尔-米切纳说。“它提供了我们以前从未有过的实验机会；我们预计将会出现关于大脑循环、细胞代谢、其他细胞生物学和绘制长距离连接的有趣研究。”
直接的研究结果对我们如何理解脑死亡具有重要意义。“作为科学家和医生，我们被灌输的观念是，即使仅仅几分钟后，也没有回头路了；这显然颠覆了这一观念，”剑桥大学的脑类器官（所谓的由干细胞生长的“迷你大脑”）研究专家玛德琳·兰开斯特说，她没有参与这项工作。“我看到短期内最有潜力的是改变人们的这种想法，并希望促使人们对可能脑死亡的人类进行更多研究——并了解我们如何可能让他们复活。” 延长脑死亡的宣告时间具有其他影响——它可能会延迟器官可用于捐赠的时间，正如 一篇评论文章在《自然》杂志中讨论的那样。一个近期的好处是有机会更多地了解缺血性损伤。“我们希望更好地了解脑细胞如何对循环停止做出反应，以及我们是否可以进行干预并挽救这些细胞，”塞斯坦说。“通过这样做，我们可能会为中风和其他导致脑细胞死亡的疾病找到更好的疗法。”
从长远来看，该系统可以为研究大脑连接、回路功能和疾病过程提供一种强大的方法。已经可以使用脑切片、脑类器官（所谓的由干细胞生长的“迷你大脑”）和死后大脑学习到一定程度的知识，但该系统至少提供了两个优势：首先，完整的大脑为研究大脑回路提供了无与伦比的机会。“如果问题是真正需要整个器官的背景，这绝对会给你带来优势，”兰开斯特说。“如果我们知道[大脑回路]在某种程度上是功能性的，那么能够观察完全完整的电路将非常强大。”其次，死后研究将观察限制在离散的时间点，这限制了对疾病如何进展的理解。例如，有人认为，阿尔茨海默病等神经退行性疾病涉及毒性蛋白质在大脑中的扩散。“你可以在这里做更多事情，从各个方面扰乱大脑：例如，引入朊病毒蛋白或β-淀粉样蛋白，并观察其扩散，”兰开斯特说。“能够实时看到它非常关键。这将是一种方法。”
该团队从开始计划实验时就参与了现有的伦理框架。伦理方面的首要关注点是复苏的大脑是否可能表现出意识迹象。该研究特别希望避免意识恢复的微小可能性，并且研究人员准备降低温度并使用麻醉剂来消除出现的此类迹象。他们不断监测大脑表面的电记录，没有看到任何接近认知时应有的全局性电活动。“我非常有信心，在这些复苏的大脑中不存在意识，”西雅图艾伦脑科学研究所的意识神经科学领域的主要研究员克里斯托夫·科赫说。科赫说，没有任何与意识甚至睡眠相关的信号：“只有一条直线，暗示完全没有任何形式的意识。”
但是，缺乏电活动的部分原因可能与灌注液中含有神经活动阻断剂有关。研究人员加入这些阻断剂是因为他们希望保持大脑静止以最大程度地恢复细胞。活跃的大脑需要更大的能量供应，而放电的行为本身也会损害神经元（一种称为兴奋性毒性的现象）。该团队采集了组织样本，以证明单个神经元仍然具有电功能，这必然涉及洗去溶液，以便为电生理记录准备样本。
但是，如果不使用这些阻断剂会发生什么？“我们不能对此点给出任何科学的确定性，因为我们没有进行这些实验，”该研究的共同第一作者斯蒂法诺·达尼埃莱告诉记者。如果未来的此类实验使复苏的大脑更接近有意识的活动，那将引发关于什么可以被认为是真正死亡的讨论。这些考虑事项在另一篇随附的评论文章中进行了讨论，该文章由法律学者尼塔·法拉哈尼共同撰写，她是一位生物伦理学家，也是 BRAIN 计划神经伦理工作组的成员，研究人员从早期就咨询了她。
该团队还咨询了耶鲁大学的机构动物护理和使用委员会 (IACUC)，成员被告知该研究不受动物福利保护指南的约束。最明显的是，猪已经死了：研究人员从猪肉加工厂获得了大脑，因此没有动物为这项研究牺牲。在任何情况下，此类指南都不适用于为食物饲养的动物。
展望未来，这项工作必须由其他实验室复制，这些实验室必须学习手动操作系统的复杂性。该团队本身希望确定大脑可以以这种方式维持多长时间。该实验的灌注阶段仅持续了六个小时，因为那时，未在 BrainEx 系统中的对照组大脑的解体程度太高，无法进行有意义的比较。
如果大脑可以长期维持运转，并且研究人员从优先考虑细胞恢复转向恢复原位的电功能，那将进入未知的伦理领域。“首先需要回答一些问题，”法拉哈尼说。“我们能恢复脑电图 [脑电图] 吗？如果我们真的达到了那个程度，它的极限是什么？那么，这对动物研究和未来的人类研究有什么影响？”在法拉哈尼看来，这些未知因素将最初被认为是死亡的组织置于一个新的伦理类别中。“正是[更大的恢复]的潜力创造了一种不同的道德地位，并且要求我们以不同的方式对待它，”法拉哈尼说。“人们可以采取最安全的方法，即给予其与动物研究对象相同的或类似的保护。”这样的实验可能会首先在啮齿动物身上尝试，最初只是去除阻断电活动的化学物质。如果检测到任何看起来与有意识活动相似的迹象，我们将进入需要新伦理指南的领域。“在那时，如果你开始更多地将其视为活着的动物，那么最大限度地减少任何疼痛或痛苦的风险将是适当的，”法拉哈尼说。“问题是：现在，我们认为这是组织研究，它不再只是明显的死亡。它也不完全是活着的。”