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人类头部移植——当梦想照进现实

好奇 爱 好奇 726浏览 0评论 来自微信:机器之心 | almosthuman2014

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本文来源brainblogger,作者Viatcheslav Wlassoff,机器之心汪汪翻译,Rita校对。

1818年,当英国作家玛丽·雪莱写出科学怪人弗兰肯斯坦时,她压根也想不到,她笔下的故事可能变为现实,不过有一点点不一样——它变成了一件好事。玛丽笔下的维克多·弗兰肯斯坦将几具人类尸体身上不同的部位缝在一起,创造出了一个怪物。就这样,弗兰肯斯坦创造了生命。今天的医生和外科医生们的工作不外乎如此:他们通过手术,移植器官、骨头、皮肤、神经和血管,以此来拯救生命。目前,他们几乎能移植身体的每个部位,包括心脏、肝脏、肺、肾、胰腺和肠。但是,却没有人移植过脑袋。这个现实,马上就要改变了!

意大利神经外科医师塞尔吉奥·卡纳维洛(Sergio Canavero)最近因为他的声明引起了轰动。他发表声明称,他将在三年内尝试进行头部移植手术。他相信,现代医学已经可以成功完成这样的手术。

不出意料,卡纳维洛的声明遭到了严苛的批评。主流媒体尽职尽责地讨论了换头手术可能存在得的道德和伦理问题。在这篇文章里,我只想讨论,换头手术背后涉及到的科学问题,以及目前是否真的能操作这样的手术。这是目前的报道中比较少讨论的部分。

先驱

虽然还没有在人类身上实现过头部移植,但在猴子身上已成功实现过。1970年,罗伯特·怀特(Robert White)和他的团队把一只猴子的脑袋移植到了另一只猴子的脖子上。头部摘除和移植是同时进行的。术后,这只猴子活了8天,没有发生手术并发症。然而,这次手术并没有因防止瘫痪而将切断的脊髓连接起来。从那之后,再没有人对猴子或者人类进行过尝试。

但是卡纳维洛说,他已经想出了一种方法,可以在换头手术中将人的脊髓连接起来。

人类换头手术:一路向前

卡纳维洛医生为他的换头计划起了一个名字,叫「天堂」(HEAVEN)。在这个计划中,接受者是指那些罹患不治之症,但大脑健康且功能完善的人;而捐献者是指那些被宣布脑死亡但身体健康的人。在手术后,捐献者将获得一个新头。

卡纳维洛医生相信,在手术过程中采用降低体温、采用锋利的切割工具和专业的愈合药物,能帮助他克服手术固有的挑战。

人类头部移植手术挑战之一:切掉头部后,如何维持生命

人类头部移植手术中最大的挑战就是,头部切掉和血液循环停止以后,如何使病人的生命体征保持稳定。有研究表明,血液循环停止后,如果将人体降温到12℃~15℃,人将继续存活一段时间。在这样的低温下,脑区的新陈代谢活动降低到正常状态的10%左右。而来自心脏外科手术的数据表明,低温将导致循环系统的整体停止。这样的状态能安全地维持45分钟,而不必担心对病人造成神经损伤。卡纳维洛相信,45分钟对外科医生连接切断的脊髓来说,已经完全足够了。

人类头部移植手术挑战之二:预防脊髓伤口的细胞损伤

卡纳维洛医生认为,仅仅把切断的脊髓接上,不足以称为一个成功的换头手术。接受一个新头的病人,必须能恢复一些早先的运动能力。这意味着,切割头部时,受损的神经细胞越少越好,这样才能更容易连接,之后也才能恢复运动功能。

根据临床研究,有一些脊髓严重受伤的病人,之后不仅存活了下来,还从最初的瘫痪状态中康复过来,恢复了之前的运动能力。但是,在另外一个临床案例中,一个用0.38口径手枪自杀的人,造成严重伤害之后,却再没能从瘫痪中恢复正常。

另外还有一个研究发现,如果神经因被切断而隔开一段距离,轴突必须再生才能恢复神经功能。这段距离小于2厘米时,轴突的再生最有效率。

因此,人类头部移植面临着一个挑战:使切割神经时造成的受损区域最小化。卡纳维洛提出,采用一种非常专业的切割工具,可以将受损区域和细胞损伤减小到最小值。他设想的工具很精妙,能在移植过程中产生小于10N的力。顺便说一句,普通脊髓伤害所受的力一般在26000N左右。

卡纳维洛医生相信,薄薄的一层氮化硅能打造出超级锋利的纳米刀,可以用于手术切割。

人类头部移植手术挑战之三:痊愈,神经再生,重新建立联系和恢复运动功能

切断的脊髓和损坏的细胞恢复得越快,捐献者就越有可能恢复之前的运动能力。愈合速度越快,神经细胞间的联系就恢复得越快。通常情况下,健康人身上只要出现伤口,愈合过程就立刻开始了。但对头部移植手术的脊髓组织来说,卡纳维洛医生建议使用一种化合物——聚乙二醇(PEG)。

根据研究,PEG具有治愈伤口或在分子层面上再次严合的功能。实际上,科学家已经正在研究,利用PEG来治疗脊髓损伤,以使病人重获运动能力。

卡纳维洛医生还试图采用电流刺激脊髓接合的断点,以促进痊愈。目前已被证实,电刺激不仅能加速轴突和树突的再生,还能激发长期瘫痪患者的自发运动。

人类头部移植手术挑战之四:移植后并发症

移植后可能会产生一些并发症,比如器官排斥,以及移植器官不能获得充足的血流。不过,现代医学能够诊断和有效治疗这些症状。比如说,如果在肾脏移植病人体内出现某些血清蛋白标志物,就表明产生了急性排异反应。

多普勒彩色血流超声显像(CFD)对监测术后的血液循环十分有用。这些手段都能用来监测和诊断头部移植手术病人的移植后并发症。

每个伟大的科学突破,一开始都听起来荒谬不堪。人类头部移植手术,可能现在听起来异想天开、可怕至极甚至荒唐可笑,但是我毫不怀疑,最终它一定会变成现实。

头部移植对病人的益处是显而易见的。如果人类能成功移植头部,对那些尚存一些完好脊髓的截瘫人群、被肌肉萎缩症所折磨的患者来说,拥有独立自主的生活能力将不再是天马行空的幻想,他们将能重拾自己喜欢做的事情,也能拥有更充实美满的人生。当然,在这之前,还有许多严肃的问题亟待我们解决。

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