《科学画报》
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与植物人对话
2014-04-30 10:02:42
死与生相对，是个哲学问题，更是个很难解的神经生物学问题。
莎士比亚让王子感叹要不要死，虽然也是神经生物学问题，是关于大脑对自身决策的神经生物学问题，但非本文讨论的问题。
本文主题是，如何确定一个人“死”了。内容非哲学、亦非技术，而是介绍一个巧妙的实验思路：选择重要的问题，用20多年前的旧技术，通过巧妙的实验设计，解决问题。
何为“死”？一个貌似简单的现象实际很难下定义，而确定生死还是“人命关天”的大事。平常对死亡的粗略定义，一般说得过去，例如在医院以外常将无呼吸、心跳作为判断死亡的标准。但是，在现代医院只依据呼吸、心跳判断死亡就不合适。这一问题，不仅与个体有关，与家庭成员如何决定是否撤除维持呼吸心跳的机器有关，也与人类普遍关心的生死问题有关。
神经生物学结合现代成像技术，可以化解这个貌似哲学问题的神经生物学问题，找到物理学答案。
神经生物学的研究，从来都与物理（和化学）有很强的交叉。意大利医生兼物理学家路易吉·伽伐尼发现电刺激蛙腿导致肌肉收缩，这个发现成为电生理学的开端。检测神经系统电流、电位的方法，检测脑活动的方法，都成为神经基础研究和临床应用的基本需求。从20世纪初的脑电图（简称EEG）到80年代的正电子扫描（简称PET）、90年代的功能性磁共振成像（简称fMRI），都推动了脑机理的研究，改善了脑疾病的诊断。
目前，PET和fMRI主要（但不仅仅）用于检测局部脑血流。利用fMRI检测血氧水平依赖（简称BOLD）信号的方法，是日裔科学家小川诚二在美国贝尔实验室工作期间发明的。因为脱氧的血红蛋白（简称dHb）与氧化的血红蛋白（简称Hb）磁性不同，能够被fMRI所检测。当神经细胞活动增加时，脑的局部血流增加，带来更多Hb，改变dHb和Hb的比例，fMRI可以检测到BOLD信号，间接反映局部脑区神经细胞的活跃程度。
现代医学在可以维持植物人的呼吸心跳的同时，给医学、伦理出了难题。其实，如何确定植物人有无意识是一个很大的问题。
英国剑桥大学的艾德里安·欧文等于2006年在《科学》杂志发表一篇短文，用fMRI探寻植物人的意识是否存在。他们检测的一名患者在23岁时因为车祸导致脑损伤，虽然有睡眠觉醒的周期，但无临床医生可以检测到的反应，完全满足植物状态的诊断。欧文等先在跟她说话的时候检测fMRI，发现图像上好像有反应，但不能确定是有意义的反应。
欧文等设计实验，请正常人设想自己打网球，发现可以用fMRI观察到脑的特定区域有BOLD信号；请正常人设想在家里走动，发现另外脑区有BOLD信号。欧文再用语言请患者设想打网球或在家里走动，结果发现患者与正常人一样的脑区有BOLD信号，从而认为该植物人实际有意识。
此后，欧文指导的课题组对英国54名诊断为植物状态的患者进行fMRI检测，其中5名可以检测到fMRI的反应，一名年轻男子的反应更神奇：在外界向他问话时，可以在fMRI信号上显示YES或NO。在fMRI的脑成像图上，并无直接表示YES或NO的区域。欧文等请正常人在回答YES时想象自己打网球，而如果回答NO时想象在家里走动，这样，可以观察到正常人打网球的特定BOLD信号表达YES，在家走动的特定BOLD信号表示NO。在检测的54名患者中，那名神奇的年轻男子可以正确回答YES和NO。比如，询问他父亲的名字后，请他用打网球或在家走动代表YES或NO，结果他只在被问到他父亲真名时出现打网球的BOLD信号，其他都显示在家走动的BOLD信号。这说明，他能够学会临时制定的规则并给予正确的答案。
这名年轻男子的反应说明，他肯定有意识，对于他的家人有很大意义：不仅他活着，而且可以与他交流。当然，目前不能检测到反应的其他患者，并不能断定其缺乏意识，还有待开发新的实验设计和检测方法。
fMRI所需要的机器价格昂贵，不适合一般家庭使用，也不是所有医院的常规设备。于是，欧文等开始试用EEG，发现也可以观察到植物人的脑电信号。
神经生物学研究，对人类思考生死的问题提供了科学基础。
——选自《科学画报》2014年第4期
