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親愛的,來換顆腦袋吧:「換頭手術」我們準備好了嗎?

文/ 小小小白白不白 |分子腫瘤學博士生,科學人科普作者

人類頭部移植的時代即將來臨了嗎 ?

CNN 在 2015 年曾問過這個聽起來似乎無比奇怪的問題。時至今日,尚沒有醫院開展這樣的手術。而率先提出來要嘗試「人頭移植」的人──義大利神經外科醫生塞爾吉奧·卡納維羅(Sergio Canavereo)──還活躍在媒體面前。最近隨著一個新研究的 [1]發表,卡納維羅聲稱自己距離實現這個看似科幻的手術只差一步之遙。

但對其他人來說,與「人頭移植」相關的問題,實在太多了。

義大利神經外科醫生塞爾吉奧·卡納維羅(右)和哈爾濱醫科大學教授任曉平(左)。圖片來源:OOOM/SERGIO CANAVERO

身體不能用了?那就換腦吧!

頭部移植的出發點很簡單。假設你遇到了一個嚴重的事故,導致了從頸部開始出現高位癱瘓;又或者是你罹患了無法治療的先天性肌肉衰弱,這時應該怎麼辦?

別擔心,你只需要通過頭部移植來換一個身體──這就是卡納維羅的想法。

卡納維羅並非是這種理念最初踐行者。在二十世紀四五十年代,蘇聯科學家弗拉基米爾·德米科夫(Vladimir Demikhov)曾嘗試把一隻狗的頭部移植到了另外一隻狗的身體上。這兩隻狗的「混合體」在 4 天後死了。德米科夫嘗試了 24 次以上,並未找到能夠避免狗在手術後不久就死亡的方法 [2]

德米科夫把一隻狗的頭部移植到了另一隻狗的背上。圖片來源:Life

在 1970 年,凱斯西儲大學的羅伯特·懷特(Robert White)教授對猴子進行了頭部移植。因為脊髓沒有和新的身體連接,猴子在手術後便癱瘓了。不過,由於腦內的神經並沒有被損壞,和供體連接的新血管可以支撐猴子大腦的存活和基礎反應──被移植的猴子可以看、聽和聞到周圍的環境。但因為身體對新腦袋的免疫排異反應,手術後的猴子也只活了 8 天 [3]

左:被移植了頭部的猴子。右:猴子頭部移植示意圖。圖片來源:Motherboard

只是把移植器官換成頭,為什麼就這麼難?

要知道,人的頭部是我們身體最複雜的部分之一。它不是一個孤立的器官──頭部不僅包括人的大腦,還包括了眼睛,耳朵,鼻子,嘴巴和皮膚,以及兩個獨立的腺體系。在任何移植中,供體器官(從捐贈者的身體取走的器官)必須保持存活,才能放入接受者的身體。醫生會通過將器官泡在冷鹽水中等方法,盡可能長時間地冷卻器官以保持其活性。這可以幫助保存腎臟 48 小時、肝臟 24 小時、心臟約 5~10 小時 [4]

但對頭部來說,這個過程將會更加困難。同時,在斬首的瞬間,頭部的血壓會急劇下降,新鮮血液和氧氣的迅速流失會使大腦進入昏迷狀態,隨後導致腦死亡。其次,手術必須保證所有血管和神經的完美連接,其中脊髓的完整切斷和連接可是從來沒有嘗試成功過的。

人類頸部的橫斷面圖。手術必須要在極短的時間內把頭部和身體的所有的肌肉,血管和神經完全縫合,包括有百萬個神經連接組成的脊髓。圖源:《人體解剖彩色圖譜》

再者,和其他任何移植手術一樣,移植者面臨的挑戰還來自自己的身體:如果移植的器官(在這種情況下也就是頭部)被免疫系統「標記」成外來的話,可能將遭受免疫系統全面的攻擊。這就是為什麼幾乎所有的移植患者在手術後都需要服用免疫抑制藥物。考慮到頭部的複雜程度,和它包括在內的如此多的器官,排斥的風險則會高得多。

翻開「死者復甦」,用換頭手術拯救生命!?

2013 年,卡納維羅發表了名為「GEMINI」的人類頭部移植手術流程  [5]。簡單來說,供體和待連接的頭會先被冷卻,以在無氧狀態下延長細胞的活性。隨後,頸部和周圍的組織會被切斷。最後,供體和移植者的脊髓會用鋒利的手術刀同時切斷。

供體和移植者的脊髓兩端會用聚乙二醇(PEG)粘合──這就是卡納維羅應對脊髓連接的秘密法寶。PEG 經常被用在工業生產和醫療中,並在動物實驗中被證明可以促使動物脊髓的神經生長。隨後,肌肉和血管會被連接,患者會被置於昏迷狀態一個月來限制新融合的頸部的運動。

設想中,頭顱供體與受體的血管、肌肉和脊髓將被連接起來。圖片來源:youtube.com

同時,醫生會對病人施加電刺激來刺激脊髓以加強新的連接。一個月過後,卡納維羅預期病人可以立刻移動,感覺自己的臉,甚至以同樣的聲音說話。他樂觀地認為,在物理治療的説明下,移植者甚至可以在一年之內重新行走。

卡納維羅還認為,如果大腦可以被適當的冷凍和儲存,這個手術本質上甚至可以用來復活死者。卡納維羅在接受德國《Ooom》雜誌採訪時說:

一旦第一次人類頭部移植被完成,我們將能夠嘗試重新喚醒第一個被冷凍的大腦,我們正在計畫世界上第一個腦移植,我想我們最晚可以在三年內做好準備。 [6]

換頭到底有多可行?

支持這種做法可行的證據有多少?並沒有多少。

2016 年 1 月,卡納維羅透露中國哈爾濱醫科大學任曉平團隊對一隻猴子做了頭部移植。他們成功地連接了頭部和新身體之間的血液供應,但沒有嘗試連接脊髓。

卡納維羅說:「這項研究證實了如果將頭部冷卻到 15℃,猴子可以在沒有腦損傷的情況下度過這個手術。」然而,他稱因為倫理原因,被移植的猴子在 20 小時後就被安樂死了。但是,這個實驗結果並沒有在任何同行評議期刊被發表,卡納維羅也沒有透露更多的實驗細節 [7]

同年,任曉平教授向《華爾街日報》透露,他已經對超過 1000 只的老鼠進行過頭部移植手術。《華爾街日報》也報導說,他們曾目睹了一隻被移植了新的頭的老鼠在呼吸、自由移動和喝水。但是,這只老鼠沒能活過幾分鐘 [8]

被執行頭部移植的鼠。 圖片來源:The Wall Street Journal

2016 年 9 月,卡納維羅又透露了對狗頭部移植的結果。新科學家(New Scientist)網站的記者看到一條狗的視頻片段,顯示它在脊髓被切斷後三周就可以走路了 [9] 。但是,有人表示質疑,完全沒有證據可以證明頸椎是否如同卡納維羅說的一樣真的被成功切斷了 90%。而且,相關結果依然沒有發表在同行評議的學術期刊上。

2017 年 5 月,卡納維羅和任曉平教授表示,他們成功地移植了一個大鼠的頭到另外一隻更大的大鼠的背上,創造了一個「兩頭生物」。該生物的「新頭」雖然只存活了 36 個小時,但據稱在手術後有眨眼及其他反應 [10]

大鼠的頭部被移植到了大鼠的背上。圖片來源:DOI: 10.1111/cns.12700

2017 年 6 月,任曉平和卡納維羅在《CNS神經科學和治療學》雜誌上發表了新文章 [1],稱研究團隊切斷了 15 隻大鼠的脊髓,隨後試圖修復其中的 9 隻(其餘的作為對照組)。他們使用了聚乙二醇(PEG) 來讓移植的脊髓兩端融合。結果是,除了一隻大鼠,其餘在手術後至少存活了 30 天,並能恢復基礎的運動功能,最終可以走路。其中兩隻甚至康復到了「基本正常」的狀態。

文章寫到:「我們首次展現了由於脊髓完全橫斷而導致的癱瘓可以被逆轉。」

修復脊髓後,大鼠在第 28 天慢慢地恢復了行走能力。圖片來源: DOI: 10.1111/cns.12713

但是他們也提到,為確保最小的損傷,脊髓的分離必須非常乾淨。可是在現實生活中,脊髓的損傷極少能像實驗中那樣乾淨而準確,人類脊髓也要比大鼠的要複雜的多。

總的來說,雖然卡納維羅和媒體透露出很大的信心和也報導了相關的進展,但實際上真正對於換頭手術所發表的文章卻很少。目前的進展看,支持在人身上實行第一次換頭手術已時機成熟的證據看起來也稍顯牽強。

西屏,關於這件事你怎麼看?

不管是技術層面還是倫理層面,這個人類換頭手術的可行性都飽受質疑。

首先,卡納維羅的手術需要將大腦冷卻至 12~15℃,但並不是所有的大腦都能在這樣的溫度下存活下來。哥倫比亞大學神經外科助理教授克里斯多夫·文弗裡(Christopher Winfree)告訴 BuzzFeed:「如果他們在十名患者身上這樣做,可能只有三到四人可以生存下去。」[11]

其次,融合脊髓以前從未被嘗試過,也很有可能是無法完成的──這樣的融合甚至沒有在動物裡嘗試過。把數百萬的神經像卡納維羅描述的那樣完美地連接好,也聽起來極其不可思議。德克薩斯大學西南醫學中心的神經外科主任、美國神經外科醫師協會會長亨特·巴赫爾(Hunt Batjer)質疑說:「氣管、脊柱、主要靜脈和動脈確實可以被連接上,但是脊髓的連接是一個大問題。即使病人能在手術中存活下來,結果也只能是無法移動或者呼吸。」[11]

再者,假設手術成功了,移植的頭部很有可能被身體所排斥。在所有被移植頭部的動物中(猴子,大鼠和狗),最長的術後也只活了八天。紐約大學朗格尼醫學中心醫學倫理主任亞瑟·卡普蘭(Arthur Caplan)對 CNN 說,即使是臉部移植手術,所需的抗排異藥物的劑量都非常之高,對患者有很高的致癌和腎病的危險。對於頭部移植來說,所需要的免疫抑制藥物足以讓新的身體中毒,這完全沒有意義。[12]

即便這些難題都被攻克了,人類頭部移植還面臨著其他倫理問題。其中最為關鍵的是:如果我們用極大的代價移植整個身體來挽救一個人的生命,與我們可以移植身體內的很多其他器官去拯救更多的人的情況下,這樣做是否最有效地使用了捐獻者的身體?

當然,還有更棘手的自我認知問題──如果你的頭被放在了另一個身體上,這真的還是你嗎?正如卡普蘭所言:「這個移植背後的目的是保護你,但是如果你唯一可以做的是改變你的身體,你並沒有真正救活你自己,因為你已經變成了另外一個人。」[13]

今年就要換頭?我們準備好了嗎?

從 2015 年發表了頭部移植 GEMINI 計畫開始,卡納維羅多次在媒體和國際學術會議上宣傳著換頭手術的可行性和實驗進展。但是,很多動物實驗細節卻並沒有和媒體透露,也並沒有被發表在學術雜誌上。這讓很多業內科學家對其持有強烈的質疑,認為這是一個瘋狂且並沒有足夠科學依據支撐的嘗試。

2015 年,卡納維羅在 TEDx 上做過題為《頭部移植:未來即現在》的演講。但在多數同行眼裡,頭部移植的未來仍在未來。圖片來源:TED

目前,卡納維羅堅持說第一例人類換頭手術將在 2017 年和任曉平教授一起完成。卡納維羅對媒體透露:「我們在考慮在 2017 年耶誕節期間在中國做第一起人類頭部移植。中國的手術團隊已經在捐獻的人類屍體上完善了手術技巧。」[14]

但是,在今年 5 月接受採訪時,任曉平教授回應:「目前,人類異體頭移植手術沒有具體時間表,沒有確定接受手術的人選,沒有確定手術地點。」[15]

「可以肯定的是我們團隊一直沒有停止過對相關技術的前期基礎科學研究。我們在基礎研究中,構建了頭移植的動物實驗模型,並發表了論文。」他說。

顯然,任曉平教授對於這項手術的看法和卡納維羅相比要保守和實際得多。他認為,雖然基礎研究有了相當的進展,但是距離真正的頭部移植臨床手術還很遙遠。

參考資料:

  1. Ren, Shuai, et al. “Polyethylene glycol‐induced motor recovery after total spinal transection in rats." CNS Neuroscience & Therapeutics (2017).
  2. http://www.nytimes.com/1998/11/25/world/vladimir-p-demikhov-82-pioneer-in-transplants-dies.html
  3. https://motherboard.vice.com/en_us/article/pggnk7/dr-robert-white-transplanted-first-monkey-head
  4. http://www.businessinsider.com/problems-with-head-transplants-2015-4
  5. Canavero, S. (2013) HEAVEN: The head anastomosis venture Project outline for the first human head transplantation with spinal linkage (GEMINI). Surg. Neurol. Int. DOI: 10.4103/2152-7806.113444.
  6. https://www.ooom.com/digital/sergio-canavero/
  7. https://www.newscientist.com/article/2073923-head-transplant-carried-out-on-monkey-claims-maverick-surgeon/
  8. https://www.wsj.com/articles/surgerys-far-frontier-head-transplants-1433525830
  9. https://www.newscientist.com/article/2106382-head-transplant-teams-new-animal-tests-fail-to-convince-critics/
  10. Li, Peng-Wei et al. (2017) A cross-circulated bicephalic model of head transplantation CNS Neuroscience & Therapeutics. DOI: 10.1111/cns.127133
  11. http://www.alphr.com/science/1001145/human-head-transplant-chinese-researchers-claim-success-with-rats
  12. http://edition.cnn.com/2015/04/03/health/italian-neurosurgeon-says-human-head-transplant-will-happen-in-two-years/
  13. https://www.livescience.com/50074-head-transplants-wont-happen.html
  14. https://futurism.com/worlds-first-human-head-transplant-will-take-place-in-2017/
  15. http://website.hrbmu.edu.cn/Article/ShowArticle.asp?ArticleID=4106

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