科学家们已经恢复和保存了在食品生产前四小时被斩首的猪脑中的一些细胞活动和结构。研究人员观察到主要动脉和小血管中的循环、细胞水平的代谢和对药物的反应，甚至神经元中的自发性突触活动等等。该团队配制了一种独特的溶液，并使用名为 BrainEx 的泵和过滤器网络将其循环通过分离的脑组织。该溶液不含细胞，不会凝结，并含有基于血红蛋白的氧气载体和各种药理制剂。
这项 发表在本周《自然》杂志上的杰出研究，为动物甚至人类全脑模型提供了希望，在这种模型中，许多细胞功能是完整的。目前，来自动物和人脑的细胞可以在培养物中维持数周，但只能从分离的细胞中收集到这么多信息。组织切片可以提供局部结构组织的快照，但它们对于关于功能和全局连接性的问题来说是远远不够的，因为大部分 3D 结构在组织制备过程中丢失了。
这项工作也引发了一系列伦理问题。没有证据表明存在任何全局性电活动——那种与意识相关的高阶大脑功能。也没有迹象表明有感知环境和体验感觉的能力。即便如此，由于它开启的可能性，BrainEx 研究突出了当前用于研究的动物法规中存在的潜在局限性。
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在我们看来，最根本的是，它对关于什么使动物——或人类——活着的长期假设提出了质疑。
什么迹象？
这项研究中使用的猪脑由一个主要位于康涅狄格州纽黑文市耶鲁大学医学院的团队进行，脑电图 (EEG) 显示脑活动呈直线。如果已经恢复了任何程度的感知能力，更不用说意识了，那么至少会看到 alpha (8–12 Hz) 和 beta (13–30 Hz) 范围内的低振幅波。在与美国国立卫生研究院 (NIH) BRAIN Initiative 的神经伦理工作组协商以及与我们的讨论中，研究人员表示，如果他们检测到此类活动，他们将施用麻醉剂以防止任何类似于疼痛或痛苦的体验，并会降低大脑温度以迅速平息活动。
使用脑电图测量的有组织的电性脑活动缺失，是用于确定脑死亡的措施之一。致谢：Kateryna Kon Getty Images
研究人员已经研究整个器官，并在动物和人脑切片中将细胞活动维持几秒到几分钟。因此，从表面上看，在没有脑电图活动的情况下，BrainEx 研究并没有提出与 死后动物或人脑组织的使用中遇到的问题根本不同的问题。
然而，直到现在，神经科学家和其他人一直假设两件事。首先，在哺乳动物大脑中，神经活动和意识在血液流动中断后几秒到几分钟内不可挽回地丢失。其次，除非循环迅速恢复，否则会发生很大程度上不可逆转地向细胞死亡和生物体死亡发展的过程。
BrainEx 研究使用了在四个小时内没有接受氧气、葡萄糖或其他营养物质的猪脑。因此，它开启了以前难以想象的可能性。
以脑电图活动缺失为例。这种活动可能在猪被屠宰时已不可逆转地丧失。然而，另一种可能性是，脑电图活动缺失是研究设计的函数。研究人员在他们的溶液中使用了几种抑制神经活动的化学试剂，假设如果细胞活动减少，组织更有可能显示出一些恢复。如果在某个时候去除了这些阻滞剂，也许该团队会检测到脑电图活动。
另一个需要调查的可能性是，需要类似于心脏电击治疗的方法来将大脑中神经元的放电重置到可检测的水平。或者，细胞可能需要比六小时（BrainEx 灌注的持续时间，在死亡后四小时之后）更长的时间才能充分恢复，从而出现这种脑活动。医生有时会降低心脏病发作的人的核心体温，以诱导低温昏迷。例如，这可以限制脑肿胀造成的损害，并有助于细胞恢复。在这些情况下，患者似乎需要至少 24 小时的“冷却治疗”。
显然，需要更多数据，包括其他实验室的其他小组对 BrainEx 发现的重复。但是，我们想起了 1987 年电影《公主新娘》中的一句台词：“半死不活和完全死亡之间有很大区别。半死不活就是稍微活着。” 即使存在所有未知数，哺乳动物的大脑在动物被杀死数小时后可以被“稍微激活”的发现，也对伦理学家、监管机构和更广泛的社会产生了影响，他们现在必须认真思考。
动物研究
需要明确的是，BrainEx 研究并未违反任何研究伦理准则。该团队向耶鲁大学机构动物护理和使用委员会 (IACUC) 寻求指导，该委员会的存在是为了确保动物的使用符合美国联邦资助研究的法律要求。该委员会认为监督是不必要的。这些猪是作为牲畜饲养的，不受动物福利法的约束，并且在研究开始前被杀死。在美国，1966 年的《动物福利法》是唯一一部监管研究中动物待遇的联邦法律，适用于活体或死体动物。它明确排除了为食品饲养的动物。与此同时，美国公共卫生署（为美国大部分涉及动物的研究提供资金，主要是通过 NIH）的政策和法规没有具体说明对动物死后的任何保护。
如果这项研究在美国境外进行，伦理或监管机构的反应几乎肯定会相同。《欧盟关于科学研究用途动物保护指令》的主要目的是防止（或尽量减少）活体动物遭受的任何疼痛、痛苦或窘迫。它也明确排除了为农业饲养的动物（参见 go.nature.com/2cpdgjr）。在中国，科技部和省级科技局都确保研究人员遵守当地法规，并遵守中国的《国家实验动物福利标准》。在这里，保护措施也不包括为食品饲养的动物，主要重点是消除或减少活体动物可能产生的疼痛和痛苦。
我们认为，对于涉及全脑保存或恢复的研究，需要新的指南，因为用于此类研究的动物可能会陷入灰色地带——没有生命，但也没有完全死亡。尤其需要解决五个问题。
首先，研究人员应如何尝试检测意识或感知能力的迹象？仅凭脑电图活动不足以可靠地指示有意识的大脑；这种活动几乎总是在全身麻醉的人身上检测到。如果脑电图活动与对经颅磁刺激 (TMS)（一种使用靠近头部放置的磁线圈刺激大脑活动的非侵入性方法）的反应性一起检测到，则脑电图活动可能提供适当的衡量标准。结合其他措施，这将确定大脑的扰动复杂性指数，这是一种识别意识水平的方法。此外，最近对人类使用功能性磁共振成像的研究表明，某些神经元活动模式可能提供意识的相关性。
其次，哪些物种适合作为这种脑灌注研究的模型？需要哪些类型的研究和结果来证明使用其他模型的合理性？（我们认为，目前研究人员应谨慎进行其他哺乳动物（尤其是猪、狗或灵长类动物）的测试。）
第三，在了解更多信息之前，使用神经元活动阻滞剂是否足以防止与感知能力相关的能力（例如感受疼痛的能力）的出现？可能有必要将 BrainEx 或类似系统应用于小鼠或大鼠，无论是否使用神经元活动阻滞剂，以更好地了解阻滞剂的作用。
第四，在哪些情况下应在后续研究中使用麻醉剂，以防止诱发任何类似于疼痛或痛苦的体验的可能性？在哪些情况下可能允许不使用它们？（我们认为，鉴于所有未知因素，目前在后续研究中强制使用麻醉剂应该是强制性的。）
最后，BrainEx 或类似的体外循环系统应该运行多长时间？此类系统可能仅在一定时间内有效，或者可能对可以实现的恢复量存在限制。这些知识将为风险和收益分析提供信息。
人体研究
尽管这还很遥远，但研究人员有朝一日可能会考虑使用类似于 BrainEx 的系统来治疗因缺氧造成的人脑损伤。到目前为止，神经科学家和医生一直认为由此引起的细胞死亡是不可逆转的。治疗通常包括与患者剩余的健康脑组织合作，以帮助恢复活动能力、运动和其他技能。
在开发体外全人脑模型之前——当然在临床中使用脑灌注之前——研究人员需要向人们提供足够的信息，以便他们做出知情的决定。最根本的是，患者或捐赠者需要了解可能产生哪些类型的大脑活动以及这些活动可能意味着什么。他们还需要知道恢复可能只是部分恢复的可能性，以及这将产生的影响。
另一个问题是，如果可以的话，可以从大脑中检索到哪些信息。各个小组正在开发解码活人神经活动的方法，例如探测他们的记忆或他们在梦中看到的图像。有一天，这些方法可以应用于死后的大脑吗？
这些可能性（如果它们真的会发生的话）还很遥远。然而，我们现在至少需要考虑其中一些可能性。全球已有数百人付费冷冻和储存他们的大脑，希望科学家们有一天能够复活它们。很容易想象，仅在 BrainEx 研究发表后，脑灌注就会被误用。
指南
尽管 BrainEx 团队提供了关于设备、灌注液和方法的详细信息，但其他人可能不容易复制这项研究。作为第一步，研究人员、他们的所属机构和 NIH 应促进将技术和知识转让给其他研究人员和机构。任何后续和独立研究都应与本研究一样透明。
至关重要的是，未来的研究人员将需要指导，以应对这项研究引发的潜在科学、伦理和政治问题。
先例是存在的。在国际上，涉及人类胚胎干细胞的研究已成功地受到美国医学研究所和美国国家研究委员会于 2005 年发布的《人类胚胎干细胞研究指南》的指导——其内容几乎完全被国际干细胞研究学会采纳。正在进行的为人类基因组编辑研究制定指南的努力也具有借鉴意义。这里的关键参与者是美国国家科学院、美国国家医学院、英国皇家学会、香港科学院、中国科学院和纳菲尔德生物伦理学委员会。
在其他背景下，例如在生物医学工程（例如，参见 go.nature.com/2t6kon5）、人工智能 以及围绕死亡定义的辩论中，正在举行国际会议，以帮助在各国之间找到共同点并制定能够实现负责任的科学进步的框架。
我们认为，关于脑复苏的最新研究需要同样的国际关注。一个起点可能是 NIH BRAIN Initiative 神经伦理工作组去年 12 月发布的指导原则，该工作组于 2018 年举办了一次关于人类神经组织研究的研讨会。
公民必须参与这一过程。让非科学家参与划定这项研究的伦理界限并不能保证其未来会被公众接受；也不一定应该如此。但是，不让其他利益相关者参与可能会加速其被拒绝。
我们认为，关于这项研究的适当路径的讨论不应等待后续研究。耶鲁大学的研究小组尽职尽责，并咨询了当地机构 IACUC、耶鲁大学生物伦理学家、NIH 项目官员，甚至 NIH 神经伦理工作组。研究人员尽其所能，并且可能比许多人做得更多，以确保他们在该问题伦理分析的空白中采取适当的行动。
现在是填补这一空白的时候了。
本文经许可转载，并于 2019 年 4 月 17 日首次发表。