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《科学24小时》

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旨在向全国广大群众,特别是具有中等文化程度的广大青年,普及科学技术知识,繁荣科普创作,启迪思想,...

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换个头,继续活

2015-06-19 10:54:09

在医术昌明的今天,器官移植已经屡见不鲜。肾脏、肝脏,甚至是心脏的移植手术,挽救了不少宝贵的生命。但如果头颅严重受损,我们该如何为它找个替身?

 

2015 2 27 日,平静已久的医学界再掀波澜——意大利都灵高级神经调节小组的神经外科专家塞尔吉奥·卡纳维洛(Sergio Canavero)宣布,计划在2017年进行全球首例人头移植手术!

其实早在2014 6 月,卡纳维洛就在开源期刊《国际神经外科》杂志上发表论文称,人类头部移植手术不久就将成为现实。那么,他真的能在两年后实现诺言吗?

 

各执己见

在卡纳维洛看来,“换头”手术的最大技术障碍是连接捐赠者与接受者的脊髓,而现有技术已经能够满足这样的操作,所以他选择了在这个时候宣布他的计划。

在论文中,他详细描述了头颅移植手术的具体步骤:捐献者和接受者必须处于同一间手术室中,他们的头部温度均要冷却至12℃~15℃。手术需要由两个医疗小组同时操作,且必须在1 小时内完成(在这种温度条件下,如果哺乳动物体内血液不流动,最多可存活1 小时)。此外,他还强调整齐的切口是脊髓缝合的关键,并提及如何用一种叫做促融剂的特殊膜融合物质,来解决脊髓连接融合这一关键问题。

卡纳维洛的论点引发了一场关于人类头颅移植的社会争论。有专家表示,人类目前根本不具备“换头”技术,现在谈论头颅移植为时尚早。也有社会学家认为,这种手术即便成功,也会打破自然生态平衡,在伦理、道德、法律和人际关系等方面易造成极大的混乱。当然,还有人支持卡纳维洛,他们表示:“‘换头术’并非异端邪说,而是医学界高度关注的问题。事实上美国和苏联早就进行过类似的实验,但我们反对恶意炒作,更希望看到严肃的报道。”

 

人类夙愿

在《聊斋志异》中,蒲松龄曾描写过一个漂亮女鬼,她将自己的头搬下来梳理一番后,又装回到脖子上。而在1818 年,英国诗人雪莱的妻子玛丽·雪莱(Mary Shelley)创作了世界上第一部真正意义上的科幻小说——《弗兰肯斯坦》。在书中,年轻的科学家弗兰肯斯坦博士利用当时的生物学知识,在实验室中,以七零八碎的器官(包括头颅)创造出一个类人魔鬼。由此可见,人类对于脑袋都曾有过一些看似荒诞的幻想。

18 世纪法国大革命期间,反叛者和革命者的头颅纷纷落地,这些头在被砍断的几分钟内仍在颤动,甚至对一些物体还有反应。一名实验医生曾打算把刚被斩断的、仍然活动的人头接到狗的身体上,这个试验虽以失败告终,但却开启了后人的探索之路。

20 世纪30 年代,苏联的一个科学家小组进行了世界上首例动物头颅移植试验。他们竭力保存一颗与本体分离而连接在另一只动物身体上的头颅,以便对神经系统进行研究。试验虽然没有成功,但证明了“这种移植方式能确保动脉和静脉的承受能力。”

1954 年,苏联科学家弗拉迪米尔·德米霍(Vladimir Demikhov)进行了狗的“全头移植”手术,成功地“制造”了一只双头狗,并引起全球轰动,甚至引发了苏美两个超级大国在这一领域的竞争。两年后,美国科学家成功地进行了“动物异种换头”试验——他们把一只小狗的脑袋“搬”到了一只猴子的脖子上。这个试验彻底改变了人们原有的认知:由于排异反应的存在,异种移植是不可能实现的。

受此影响,苏联的一位生物学教授随后完成了一次难度更大的异种移头手术——将一只小白猫的头装到了一只灰兔的身上。据说这种新动物“兔猫”具有“一身二性”:既有猫的机敏灵活,又能像兔子一样挺身蹲坐,跳跃前进,还喜欢吃胡萝卜和青菜。

 

大胆探索

神经外科学家罗伯特·怀特(Robert White)是美国俄亥俄州克利夫兰市立医疗中心的神经外科主任,也是在头颅移植方面最积极、最大胆的探索者之一。早在1961 年,他就全力以赴地投身于一项大脑移植计划。怀特要攻克的第一道难关,就是把一些动物的大脑同身体分离,并维持大脑的生命。他把从猴子颅骨中剥离出的大脑立即冷冻,直到其主要机能停止,然后再恢复至正常温度。结果发现,经过这样处理的猴脑,其机能是可以复原的。于是怀特得出结论:“大脑具有很强的适应低温的能力。”

尽管当时大多数的神经外科医生都认为,大脑的整体移植还只是一个幻想,但怀特医生的计划却不仅仅只是单纯的大脑移植,而是要把一个动物的整个头颅移植到另一个动物健全的身体上。这是因为他意识到,如果身体和头颅没有完美连接,大脑是无法正常工作的。

1970 年,怀特进行了历史上最著名的动物头部移植试验。他选择了两只恒河猴作为试验对象。虽然接受移植的猴子在术后6 小时便苏醒过来,而且还能对音响、光线和颜色作出反应,但遗憾的是,由于怀特无法连接两只猴子的脊髓,因此接受移植的猴子完全瘫痪,无法站立和行走。手术9 天后,猴子便因为免疫系统排斥而死亡。

这次手术的完成,更坚定了怀特及其同事要把幻想变成临床现实的决心和信心。他说:“与猴子的手术相比,人头的移植几乎没有什么不同,甚至只会更容易。因为人的血管和其他组织要比猴子大得多,而且医生的手术对象往往是人类,经验会更丰富,手术成功的希望也会大大增加。”

不过,怀特医生也因为这些试验受到了部分医学人士和社会伦理学家的猛烈抨击。对此,怀特教授显得很坦然,他说:“如果有谁愿意捐出身体的话,我愿意把自己的脑袋当成第一个换头手术的试验品!”

 

前路漫漫

面对关于人头移植手术的众多争论,如今许多医学专家其实都相当冷静。他们认为,从理论上说,人类目前的显微外科水平已经能够满足换头手术,而且目前的低温技术已能显著地延长神经细胞的耐氧能力。此外,对接迷走神经干和交互神经干、膈部神经和血管、颈部肌腱和骨骼的技术也已相当成熟。因此纯从手术角度看,人头移植手术是有可能成功的。

然而,这里所说的“成功”与大家的理解恐怕有所出入——以肾移植为例,患者只要能在规定的时间内排尿,就算是“手术成功”,哪怕他过几天死亡了,也是因为“非手术因素死亡”。而大家理解的“成功”,应当是指长期存活。

其实在头颅移植手术中,也存在着两大“非手术因素”,而这两个因素也是目前主要的技术难点:如何抑制排异反应的产生、如何避免身体完全瘫痪。

人体的免疫系统在接触到外来的组织或器官时,会将它定义为入侵的“异体”,并引发宿主的排异反应。在进行头颅移植时,人们自然不希望免疫系统对移植物进行攻击或抑制。为此,人类必须寻找抗原相同的个体,它决定着移植后器官的成活率和手术后的患者恢复程度。但除了同卵双胞胎的抗原相同外,世界上抗原相同的人极少(兄弟姐妹抗原相同的几率约为1/4,一般人仅为万分之一),因而排异反应或多或少总会产生。不过近年来,由于先进的抑制免疫系统疗法的出现,人们已经可以有效地防止多数排异反应现象的产生,但却始终无法消除所有的排异反应。

 

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而如何避免身体完全瘫痪则是目前实现头颅移植手术的最大障碍,因为这要涉及到供体和受体的脊髓接合。身体瘫痪的原因是大脑和脊髓的固有联系被切断,这种联系原本是由无数根极细的导线维持着的,这些导线保证了人体各部位的自由活动。然而,目前人类的科学技术还不能保证将被切断的导线与器官进行完美连接。因此,肢体瘫痪的可能性始终存在。虽然卡纳维洛在其论文中声称,可以用促融剂来解决脊髓连接的问题,而且这种方法在狗和豚鼠的连接试验中也取得了成功,但能否适用于人类,他也没有十足的把握。

此外,头颅移植手术还不得不面对道德伦理的拷问。如果手术成功,这个躺在病床上的患者究竟是谁?而从生物学角度考虑,患者的后代将会遗传某些DNA 组织,那么他们的DNA 归属又势必会非常混乱。

尽管前景难卜,但卡纳维洛仍坚持认为,头颅移植的试验对医学的发展是有益的。他表示,手术对象将会是那些因脊髓损伤或患有严重肌肉萎缩疾病而瘫痪的病人,如物理学家史蒂芬·霍金(StephenHawking)。卡纳维洛说:“这种先进的技术将不仅只存在于科幻小说中了,如今在现实生活中也可以实现。如果这种手术能成功的话,那么将会给一部分人带来福音,他们的生命或许会因此延续。”


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