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                    《科學畫報》

                    開博時間:2016-07-01 14:43:00

                    由中國科學社于1933年8月創刊,距今已有80年的歷史?!犊茖W畫報》在80年的辦刊歷程中,形成了通俗生動、圖文并茂地介紹最新科技知識,形式多樣地普及科學技術的特點,對提高廣大群眾的科學水平,啟發青年愛好科學、投身科學事業起了很大的作用,當今的不少著名學者、教授、科學家,青少年時代都曾受到它的熏陶和啟發。

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                    與植物人對話

                    2014-04-30 10:02:42

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                    死與生相對,是個哲學問題,更是個很難解的神經生物學問題。

                     

                    莎士比亞讓王子感嘆要不要死,雖然也是神經生物學問題,是關于大腦對自身決策的神經生物學問題,但非本文討論的問題。

                     

                    本文主題是,如何確定一個人“死”了。內容非哲學、亦非技術,而是介紹一個巧妙的實驗思路:選擇重要的問題,用20多年前的舊技術,通過巧妙的實驗設計,解決問題。

                     

                    何為“死”?一個貌似簡單的現象實際很難下定義,而確定生死還是“人命關天”的大事。平常對死亡的粗略定義,一般說得過去,例如在醫院以外常將無呼吸、心跳作為判斷死亡的標準。但是,在現代醫院只依據呼吸、心跳判斷死亡就不合適。這一問題,不僅與個體有關,與家庭成員如何決定是否撤除維持呼吸心跳的機器有關,也與人類普遍關心的生死問題有關。

                     

                    神經生物學結合現代成像技術,可以化解這個貌似哲學問題的神經生物學問題,找到物理學答案。

                     

                    神經生物學的研究,從來都與物理(和化學)有很強的交叉。意大利醫生兼物理學家路易吉·伽伐尼發現電刺激蛙腿導致肌肉收縮,這個發現成為電生理學的開端。檢測神經系統電流、電位的方法,檢測腦活動的方法,都成為神經基礎研究和臨床應用的基本需求。從20世紀初的腦電圖(簡稱EEG)到80年代的正電子掃描(簡稱PET)、90年代的功能性磁共振成像(簡稱fMRI),都推動了腦機理的研究,改善了腦疾病的診斷。

                     

                    目前,PETfMRI主要(但不僅僅)用于檢測局部腦血流。利用fMRI檢測血氧水平依賴(簡稱BOLD)信號的方法,是日裔科學家小川誠二在美國貝爾實驗室工作期間發明的。因為脫氧的血紅蛋白(簡稱dHb)與氧化的血紅蛋白(簡稱Hb)磁性不同,能夠被fMRI所檢測。當神經細胞活動增加時,腦的局部血流增加,帶來更多Hb,改變dHbHb的比例,fMRI可以檢測到BOLD信號,間接反映局部腦區神經細胞的活躍程度。

                     

                    現代醫學在可以維持植物人的呼吸心跳的同時,給醫學、倫理出了難題。其實,如何確定植物人有無意識是一個很大的問題。

                     

                    英國劍橋大學的艾德里安·歐文等于2006年在《科學》雜志發表一篇短文,用fMRI探尋植物人的意識是否存在。他們檢測的一名患者在23歲時因為車禍導致腦損傷,雖然有睡眠覺醒的周期,但無臨床醫生可以檢測到的反應,完全滿足植物狀態的診斷。歐文等先在跟她說話的時候檢測fMRI,發現圖像上好像有反應,但不能確定是有意義的反應。

                     

                    歐文等設計實驗,請正常人設想自己打網球,發現可以用fMRI觀察到腦的特定區域有BOLD信號;請正常人設想在家里走動,發現另外腦區有BOLD信號。歐文再用語言請患者設想打網球或在家里走動,結果發現患者與正常人一樣的腦區有BOLD信號,從而認為該植物人實際有意識。

                     

                    此后,歐文指導的課題組對英國54名診斷為植物狀態的患者進行fMRI檢測,其中5名可以檢測到fMRI的反應,一名年輕男子的反應更神奇:在外界向他問話時,可以在fMRI信號上顯示YESNO。在fMRI的腦成像圖上,并無直接表示YESNO的區域。歐文等請正常人在回答YES時想象自己打網球,而如果回答NO時想象在家里走動,這樣,可以觀察到正常人打網球的特定BOLD信號表達YES,在家走動的特定BOLD信號表示NO。在檢測的54名患者中,那名神奇的年輕男子可以正確回答YESNO。比如,詢問他父親的名字后,請他用打網球或在家走動代表YESNO,結果他只在被問到他父親真名時出現打網球的BOLD信號,其他都顯示在家走動的BOLD信號。這說明,他能夠學會臨時制定的規則并給予正確的答案。

                     

                    這名年輕男子的反應說明,他肯定有意識,對于他的家人有很大意義:不僅他活著,而且可以與他交流。當然,目前不能檢測到反應的其他患者,并不能斷定其缺乏意識,還有待開發新的實驗設計和檢測方法。

                     

                    fMRI所需要的機器價格昂貴,不適合一般家庭使用,也不是所有醫院的常規設備。于是,歐文等開始試用EEG,發現也可以觀察到植物人的腦電信號。

                     

                    神經生物學研究,對人類思考生死的問題提供了科學基礎。


                    ——選自《科學畫報》2014年第4期


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