死亡可逆吗?

一项部分复苏屠宰场猪脑的实验引发了关于生命精确终点的疑问

比尔·梅耶

“死亡将不再有统治权”——狄兰·托马斯,1933年

你终将死去,或早或晚。我们所有人都会。因为凡事有始必有终,这是热力学第二定律不可避免的后果。

我们很少有人喜欢思考这个令人不安的事实。但是,一旦产生了这个念头,对虚无的思考就无法完全抹去。它潜伏在无意识的阴影中,随时准备爆发。就我而言,直到成年后,我才完全意识到自己是会死的。我浪费了一个晚上玩一款令人上瘾的第一人称射击电子游戏——在地下大厅、被淹没的走廊、噩梦般的曲折隧道和异国阳光下的空旷广场中穿梭,向成群结队、无情追赶我的外星人开火。我上床睡觉,很容易入睡,但几个小时后突然醒来。抽象的知识变成了切实的现实——我要死了!不是现在立刻,而是最终会死。


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进化为我们人类配备了强大的防御机制来应对这种预知——特别是心理抑制和宗教。前者阻止我们有意识地承认或沉溺于这种令人不安的真相,而后者则通过承诺在基督教天堂永生、佛教轮回永恒循环或将我们的思想上传到云端(21世纪的极客狂喜)来安慰我们。

死亡对非人类动物没有这样的统治权。尽管它们会为死去的后代和同伴悲伤,但没有可靠的证据表明猿类、狗、乌鸦和蜜蜂拥有充分的自我意识,会因有一天它们将不复存在的洞察力而感到困扰。因此,这些防御机制必定是在最近的原始人进化中出现的,在不到一千万年的时间里。

宗教和哲学传统的教义长期以来都强调相反的观点:正视死亡空洞的眼神,消除它的刺痛。每天冥想无存在可以减轻对死亡的恐惧。作为一位对自己终有一死有所预感的科学家,我的反思转向理解死亡是什么。

任何进行这项探索的人很快就会意识到,死亡,这个在地平线上若隐若现的存在,从科学和医学的角度来看,定义都相当模糊。

从胸腔到头部

纵观历史,每个人都知道什么是死亡。当某人停止呼吸并且他的心脏停止跳动超过几分钟时,这个人就很简单地死了。死亡是时间上界限分明的时刻。所有这一切都随着20世纪中期机械呼吸机和心脏起搏器的出现而改变。现代高科技重症监护将心脏和肺与负责思想、思考和行动的大脑分离。

为了回应这些技术发展,1968年,著名的哈佛医学院特设委员会报告引入了死亡是不可逆昏迷的概念——即大脑功能丧失。1981年的《统一死亡认定法》赋予了这一调整法律效力。该文件将死亡定义为循环和呼吸功能的不可逆停止或大脑功能的不可逆停止。简而言之,当你的大脑死亡时,你就死了。

这个定义在很大程度上在大多数发达国家/地区都在使用。死亡的场所从胸腔转移到大脑(并从公共视野转移到医院病房的私密空间),实际脑死亡的确切时间尚不确定。与围绕堕胎和生命开始的持续争议相比,这种对脑死亡的迅速而广泛的接受,在2008年被总统委员会重申,是引人注目的。这或许反映了另一个很少被注意到的不对称——人们为来世发生的事情而苦恼,但很少为他们出生前在哪里而苦恼!

绝大多数死亡仍然发生在心肺停止之后,这也最终终止了大脑功能。神经系统死亡——由不可逆昏迷、无反应、脑干反射或呼吸来确定——在重症监护病房之外并不常见,在重症监护病房中,患有创伤性或缺氧性脑损伤或毒代谢性昏迷(例如,在阿片类药物过量服用后)的患者通常会被收治。

脑死亡可能是决定性因素,但这并不能简化临床诊断——生物过程可以在大脑关闭后继续存在。事实上,脑死亡的身体可以“活着”或“生命维持”数小时、数天或更长时间。对于悲伤的亲戚和朋友来说,理解正在发生的事情具有挑战性。当探望重症监护室时,他们看到胸部在起伏,他们感觉到脉搏,皮肤苍白看起来正常,身体是温暖的。看起来比重症监护室的其他一些居民更健康,他们挚爱的人现在在法律上是尸体,一个跳动心脏的遗体。身体被通气并保持在这种准生命状态,因为它现在是潜在的器官捐献者。如果已获得许可,则可以从遗体中取出器官,以帮助需要心脏、肾脏、肝脏或肺脏的活人,这些器官始终供不应求。

脑死亡的身体可以继续生长指甲、月经来潮,至少具有一些工作免疫功能,使其能够抵抗感染。已知有30多个脑死亡母亲被放置在呼吸机上以支持存活胎儿妊娠的案例,这些胎儿在母亲脑死亡后数周或数月(在一个案例中为107天)出生。《纽约客》2018年一篇广为讨论的故事讲述了一位名叫贾希·麦克马思的年轻女性,她在加利福尼亚州一家医院脑死亡后,她的家人在新泽西州的一个家庭护理环境中用呼吸机维持她的生命。对于法律和已建立的医学共识而言,她已经死了。对于她挚爱的家人来说,她活了将近五年,直到她死于与肝功能衰竭相关的出血。

尽管技术不断进步,但生物学和医学仍然缺乏对精确定义出生和死亡(界定生命的两个端点)的连贯和有原则的理解。亚里士多德在两千多年前的《论灵魂》中写道,任何活体都不仅仅是其各个部分的简单相加。他教导说,任何生物体(无论是植物、动物还是人)的营养灵魂都是这个活物的形式或本质。

营养灵魂的本质包括其营养、生长和繁殖的能力,这些能力取决于身体。当这些重要能力消失时,生物体就不再是有生命的(一个词,其词根可以追溯到anima,拉丁语意为“灵魂”)。感觉灵魂介导了动物和人类感知世界和自身身体的能力。它最接近我们现代人所说的“意识体验”。最后,理性灵魂是人类独有的领域,介导理性、语言和言语。当然,现在人工智能算法越来越多地模仿这一点。

现代对机器学习、基因组学、蛋白质组学和大数据的强调提供了理解营养灵魂是什么的错觉。然而,它掩盖了我们在解释营养灵魂崩溃原因方面的无知程度。仍然存在一个概念上的挑战,即定义构成任何人活体的因素——这显然不仅仅是其各个器官的简单相加。如何在空间上(衣服、牙科植入物和隐形眼镜是身体的一部分吗?)和时间上(它的开始和结束)精确地划定这个身体的界限?

请注意当代神经系统死亡定义中的“不可逆”一词。在缺乏对生物体何时活着或死亡的精确概念表述的情况下,不可逆性的概念取决于当今的技术,而技术是不断发展的。在20世纪初,不可逆的东西——呼吸停止——在世纪末变得可逆。难道难以想象脑死亡也可能是如此吗?最近的一项实验表明,这个想法不仅仅是异想天开。

部分复苏死亡大脑

今年,耶鲁大学医学院内纳德·塞斯坦领导的一个大型医生和科学家团队利用美国农业部批准的屠宰场数百头被宰杀的猪进行了一项非凡的实验,该实验发表在《自然》杂志上。研究人员从猪的头骨中取出大脑,并将颈动脉和静脉连接到一个模拟心脏跳动的灌注装置。它循环一种人造血液,一种携带氧气和保护细胞免受损伤的药物的合成混合物。魔力在于循环溶液的确切分子组成。想想成千上万的患者每天使用的闭路透析机,因为他们自己的肾脏已经停止工作,所以用它来冲洗掉体内的毒素。

之所以需要这些机器,是因为当血液停止流经能量需求量大的大脑时,氧气储备会在几秒钟内耗尽,意识也会丧失。使大脑缺氧和血液流动超过几分钟就会开始引发不可逆转的损伤。细胞开始以各种方式退化(组织损伤和分解、水肿等等),这些在显微镜下很容易看到。

塞斯坦团队研究了猪被电击、放血和斩首四小时后大脑的活力。(如果这听起来令人毛骨悚然,这就是屠宰场对待牲畜的方式,这也是我成为素食主义者的原因之一。)研究人员将各种生物指标与死后对照组大脑的指标进行了比较,后者来自未在死亡后四小时进行这种灌注程序的猪,对于敏感的神经系统来说,这简直是永恒。

乍一看,用循环溶液恢复的大脑看起来相对正常。随着化合物的循环,弥漫大脑组织的动脉、毛细血管和静脉的细密网络做出适当的反应;组织完整性得以保留,细胞死亡导致的水肿减少;突触、神经元及其输出线(轴突)看起来正常。神经胶质细胞(支持神经元本身的被低估的实体)显示出一些功能,大脑消耗氧气和葡萄糖,即身体通用的能量货币,这表明存在一些代谢功能。研究人员宣布其技术的论文标题大胆地声明“死后数小时恢复大脑循环和细胞功能”。

这些结果中没有出现的是脑电波,即脑电图(EEG)记录中熟悉的那种。放置在猪脑表面的电极没有测量到自发的全局电活动:没有在深度睡眠期间跨大脑皮层同步行进的深慢波,也没有突然爆发的电活动,随后是沉默——这就是所谓的爆发抑制。到处都是一条直线——全局等电位线——这意味着完全没有任何形式的意识。从电学的角度来看,沉默的大脑并没有孕育一个有体验的心灵。但这并不令人意外。这种状态正是塞斯坦及其同事的意图,这也是循环溶液中含有抑制神经元功能和细胞之间相应突触通讯的药物混合物的原因。

即使没有脑电波,对我这个神经科学家来说,仍然感到惊讶的是,单个猪皮层神经元仍然保留着产生电和突触活动的能力。耶鲁大学团队通过从这些大脑中剪下一小片神经组织,洗掉灌注溶液,然后通过微小的电极传递的电流激发单个神经元,证明了这一点。其中一些细胞通过产生一个或一系列典型的电脉冲(所谓的动作电位或峰值)做出适当的反应,这些电脉冲是任何高级神经系统中快速通讯的通用语言。

这一发现提出了一个深刻的问题:如果研究小组从灌注大脑的溶液中去除神经活动阻滞剂会发生什么?很可能什么也不会发生。仅仅因为一些单个神经元保留了一些兴奋性潜力,并不意味着数百万个神经元可以自发地自组织并爆发成电合唱。然而!不能排除在某种外部帮助下,类似于皮层除颤器,这些“死亡”的大脑可以启动,复苏活体大脑特有的脑节律。

不言而喻,斩首任何有知觉的生物并让其大脑流血不利于其福祉。在这种重大创伤后使其复活很可能导致严重的病理,例如大规模癫痫发作、谵妄、深度疼痛、痛苦、精神病等等。任何生物都不应以这种方式遭受痛苦。正是为了避免这种情况,耶鲁大学团队才阻止了神经元功能。

这让我想到房间里的大象。这种程序可以应用于人脑吗?在你退缩之前,请考虑以下情况。如果你的孩子或伴侣被发现溺水或过量服药,数小时没有脉搏或呼吸,你希望怎么做?今天,他们很可能被宣布死亡。明天,随着耶鲁大学小组开创的那种技术的出现,这种情况会改变吗?追求这个目标难道不值得吗?

猪的大脑很大,不像小得多的老鼠的大脑,老鼠是迄今为止最受欢迎的实验动物。猪皮层高度折叠,就像人类皮层一样。神经外科手术通常在猪身上进行测试,然后再进行人体试验。因此,技术上的答案是肯定的;原则上,这是可以做到的。

但这应该做吗?

当然不应该,除非我们更好地理解重组的动物大脑是否表现出健康大脑典型的全局电活动,而没有表明疼痛、痛苦或极度痛苦的应激反应。整个领域应暂停下来,与所有利益相关者讨论此类研究的医学、科学、法律、伦理、哲学和政治问题。

然而,对死神的恐惧不会被否认。迟早,在地球的某个角落,有人会试图暂时欺骗死亡。

更多探索

不死者:器官摘取、冰水试验、跳动心脏的遗体——医学如何模糊生死界限。迪克·特雷西。万神殿出版社,2012年。

现代死亡——医学如何改变生命的终结。海德尔·沃拉伊赫。圣马丁出版社,2017年。

死后数小时恢复大脑循环和细胞功能。兹沃尼米尔·弗尔塞利亚等人。《自然》,第568卷,第336-343页;2019年4月18日。

来自我们的档案

大脑复苏系统探索生死之间的模糊地带。西蒙·梅金;ScientificAmerican.com,2019年4月19日。

克里斯托夫·科赫是艾伦研究所和Tiny Blue Dot基金会的神经科学家,艾伦脑科学研究所的前任总裁,以及加州理工学院的前教授。他的最新著作是然后我就是世界本身。科赫定期为包括大众科学在内的多家媒体撰稿。他住在太平洋西北地区。

更多作者:克里斯托夫·科赫
大众科学杂志 第321卷 第4期本文最初以“死亡可逆吗?”为标题发表于大众科学杂志 第321卷 第4期 (), 第34页
doi:10.1038/scientificamerican1019-34
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