死亡后,大脑并未彻底沉寂

死亡后,大脑并未彻底沉寂

凌梓郡
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4.8

生与死的边界似乎依然不够清晰。

1945年8月15日正午,日本天皇通过广播向全世界宣告无条件投降。照理,二战可以至此结束;但实际上,战争依然持续了半个多月,这是因为盘踞在中苏边境地下要塞中的几股日军并未收到天皇投降的指令,另有接到指令的日军认为那是假消息,从而继续顽抗。

现在,科学家发现,人的大脑死后有一部分脑细胞依然活跃生长——其机理如同那些战争尾声中未接到投降指令而负隅顽抗的士兵一样。

使这些细胞活跃生长的基因被称为“僵尸基因”。这一结果来自3月23日发表在《科学报告》上的一项研究。做研究的科学家获得新鲜的大脑组织,记录了这些组织在接下来24小时的基因转录情况。

脑死亡后继续生长的神经胶质细胞 来源:论文
脑死亡后继续生长的神经胶质细胞 来源:论文

“僵尸基因”并不只存在于大脑

该论文的通讯作者是伊利诺伊大学医学院神经病学和康复科主任杰弗里·勒布(Jeffrey Loeb)博士,他同时也是人脑组织库 UI NeuroRepository 的负责人。

科学家一直用死后的大脑来研究神经性疾病,像自闭症、精神分裂症和阿尔茨海默症等。这家人脑组织库经患者同意后,在手术中或者他们去世后,收集人脑组织用于研究。

这次研究,科学家选取了健康部分的脑组织,记录了大脑基因在24小时中的变化。根据基因的表现不同,它们被分为三种:

第一种包含大约80%的基因,它们在24小时中会保持稳定。这些基因主要提供细胞的基本功能,被称为持家基因。

第二种是存在于神经元之中的基因,与记忆、思考和癫痫等密切相关。它们在死后几个小时内会快速降解。这些基因对于精神分裂和阿尔兹海默症的研究很重要。

第三种,即是“僵尸基因”,这部分基因会在人死后增加表达,让神经胶质细胞更快增长。研究人员观察到,神经胶质细胞在死后的几个小时内长出臂状的附属物,并且在12小时左右达到顶峰。

这种细胞在大脑死后增长并不奇怪——这很符合它们的工作定位。它们本身就是炎症细胞,负责在缺氧或中风后清理脑部损伤。换一个角度也可以理解为,在大脑失去供给而死亡的初期,这些细胞以为发生了脑部损伤,从而积极启动。

知道了这一现象有什么意义?在研究者看来,这提醒科学家使用大脑组织研究神经疾病时,要考虑到不同类型基因和细胞的变化。勒布说:“我们的发现能用来解释对人脑组织的某些研究结果,只是目前还没有量化。”

用于研究的人脑组织 来源:CFP
用于研究的人脑组织 来源:CFP

其实“僵尸基因”不仅仅存在于死后的大脑中。科学已经发现,在老鼠和斑马鱼死后的几天内,体内与刺激炎症、激活免疫系统相关的基因也会呈现出活跃状态。更令人意外的是,发育基因以及一些促进癌症的基因也会变得更加活跃。其中有的基因转录水平在半小时后达到峰值,还有的在48小时后达到峰值。

发育基因原本在胚胎阶段会活跃,而在生命诞生之后就不再发挥作用。没想到在死后,它们会再度活跃。

科学家尚不知道为什么有些基因会在死亡之后如此活跃。“在机体死亡后,一个潜在的调控网络似乎仍在开启和关闭基因。”研究了老鼠和斑马鱼尸体基因的科学家表示。

“大脑海啸”与脑死亡临界点

如果血液的供给切断,大脑的所有神经元在20到40秒内就会停止交流。此时大脑是否已经真正死亡?按照国际的脑死亡标准——包括脑干在内的整个大脑所有功能不可逆地丧失——此时还不能下定论。必须再经过一系列的检查。

大脑死亡的“不可逆”临界点是什么,至今并没有明确的临床指标。科学家只是知道,大脑一旦严重缺氧,在2到5分钟之内,中枢神经元就会出现损伤。

神经元之间之所以可以传递电信号,在于细胞内外的离子浓度存在差距,因此会形成离子梯度。神经元损伤就意味着离子梯度瓦解,电化学能量以热能形式释放出来。这一过程最终蔓延到大脑皮层和其它区域,就像一场“脑海啸” 。

神经元交流示意图 来源:CFP
神经元交流示意图 来源:CFP

人脑死亡前的“海啸”在2018年首次作为研究成果公布,科学家记录了9位进行侵入式治疗的脑损伤患者最终的脑电情况。这9位患者中,有中风和心脏病患者,还有脑部受到枪伤或在车祸中昏迷的人。

但是科学家强调,尽管“脑海啸”已经发生,在“不可逆”临界点来临之前,如果大脑恢复血液循环,神经细胞依然可以复活。反而言之,大脑的死亡是彻底且不可逆的“沉默”。

2019年有一项发表在《自然》杂志上的研究,耶鲁大学的科学家在猪死亡后立刻取出大脑,并提供体外循环和供氧系统,在死后4-6小时,猪脑的神经元和其它脑细胞恢复了代谢功能,单个神经元甚至被检测出了电信号。

这项研究被认为是在猪死后复活了猪脑。当然,这并不代表复活的猪脑恢复了意识。

这些研究都告诉人们:关于大脑的生与死,我们实在知之甚少。

参考资料:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/ana.25147

https://www.nature.com/articles/s41598-021-85801-6

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/058305v2.full

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