出品:科普中國
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監(jiān)制:中國科學(xué)院計算機網(wǎng)絡(luò)信息中心
“今年4月,意大利神經(jīng)外科專家賽吉爾?卡納維羅宣布兩年內(nèi)將完成世界首例人類頭顱移植手術(shù),引發(fā)外界關(guān)注。據(jù)英國《每日郵報》9日報道,手術(shù)的準(zhǔn)備工作目前有了新進展,樂觀估計,該項手術(shù)可能將于2017年進行。”
上面這則新聞是在說近日媒體上沸沸揚揚的“換頭手術(shù)”。熱鬧之余,我們不禁要問:這個手術(shù)究竟怎么做?能否順利實現(xiàn)?為了解答這些問題,我們就要追根溯源,從換頭術(shù)的起源說起。
拋開古代浪漫神話不談,人類對換頭術(shù)的科學(xué)研究始于二十世紀中葉。當(dāng)時在蘇聯(lián)和美國,都有科學(xué)家在實驗動物身上進行了換頭實驗,其中蘇聯(lián)科學(xué)家德米霍夫(Vladimir Demikhov)更是搞出了“雙頭狗”這樣的怪物。

德米霍夫的雙頭狗手術(shù)照片
但所有這些嘗試都以失敗告終,實驗動物均在手術(shù)后不久死亡,而相關(guān)手術(shù)技術(shù)也從此處于停滯狀態(tài)。那么換頭術(shù)究竟難在哪里,讓其如此高不可攀?
這就要從換頭手術(shù)的技術(shù)原理上說起。
乍一看,換頭術(shù)的思維非常簡單,將頭部整體移植到身體上。但仔細分析起來,難點就非常多了,大概可以將其劃分為“三座大山”:
第一座大山:頭部復(fù)雜的解剖結(jié)構(gòu)
頭部有著極其復(fù)雜的解剖結(jié)構(gòu),含有眼耳鼻喉和大腦等諸多重要器官。將其作為一個整體進行安全保存和手術(shù)移植,難度會非常之高。
在頸部,有著紛繁復(fù)雜的血管、淋巴管、神經(jīng)投射和肌肉分布,想要一一精確縫合對接,需要極大的手術(shù)工作量和漫長的手術(shù)時間。但人類頭部能否靠著體外循環(huán)設(shè)備獨立堅持這么久卻是個醫(yī)學(xué)上的未知數(shù)。而且頸部穿行著頸椎、氣管、食道等重要結(jié)構(gòu),手術(shù)后這些重要器官能否正常行使功能,也難以預(yù)測。
更不用說移植手術(shù)的另一個難點——缺血再灌注損傷,即使以上所有手術(shù)操作都精準(zhǔn)及時,血液復(fù)通進入頭部之后仍然可能會發(fā)生嚴重的損傷,最終導(dǎo)致移植頭部包括腦、眼在內(nèi)的諸多重要器官功能受損。
第二座大山:來自身體的排斥反應(yīng)
即便手術(shù)順利,也沒出現(xiàn)嚴重的缺血再灌注損傷。在整體移植后,頭部也將面臨來自身體免疫系統(tǒng)的排斥反應(yīng)。所謂排斥反應(yīng),就是機體免疫系統(tǒng)對外來組織、細胞的攻擊行為。
在平時,這種反應(yīng)是保護身體健康的鋼鐵長城,但在移植手術(shù)時,機體的排異反應(yīng)就成了致命的雙刃劍,若不使用特殊藥物抑制,就可能迅速導(dǎo)致植入器官死亡。而人體的免疫系統(tǒng)經(jīng)過長期進化已經(jīng)極為復(fù)雜,其運行機制到現(xiàn)在也沒完全研究清楚,免疫抑制劑在使用中也有很多副作用和不可控情況。
雪上加霜的是,由于手術(shù)移植的并非單一器官或組織,而是整個頭部,其中涉及的器官、組織類型非常繁雜,抗免疫排斥治療難度更是難以想象。
上文提到的蘇聯(lián)狗頭移植實驗就是因此失敗的。我們現(xiàn)在雖然已經(jīng)對排斥反應(yīng)有一定的控制能力,但稍有不慎,移植的頭部仍然會被身體的免疫系統(tǒng)迅速摧毀,患者也將面臨死亡。
第三座大山:建立頭與身的神經(jīng)聯(lián)系
患者的頭部如何與身體建立起神經(jīng)聯(lián)系,是換頭術(shù)面臨最嚴峻的難點。
須知,頭部移植會將頸部整個截斷的,其中就包括頸椎內(nèi)的脊髓。而脊髓,是向身體外周神經(jīng)系統(tǒng)傳達大腦信號的“高速公路”,自身也有一定的神經(jīng)調(diào)節(jié)功能,將其在如此高的位置截斷,無異于人為造成了高位截癱!
目前,對于神經(jīng)損傷修復(fù)的研究雖然開展得如火如荼,神經(jīng)營養(yǎng)因子、生物工程替代材料甚至神經(jīng)干細胞都紛紛八仙過海各顯神通,但大部分技術(shù)都依然在實驗室中摸索嘗試,至今仍難在臨床患者身上完成如此重任。
回到目前頭顱移植手術(shù),就算患者挺過了上文所述的所有八十一難,最后也難免在這個神經(jīng)連接難題前功虧一簣,最終只能以高位截癱的狀態(tài)茍延殘喘。
綜上所述,這次賽吉爾?卡納維羅(Sergio Canavero)和任曉平主持的換頭手術(shù)成功概率可能并不大,現(xiàn)有的技術(shù)尚未完全準(zhǔn)備好進行如此復(fù)雜的手術(shù)。
換頭術(shù)帶來的醫(yī)學(xué)進步
當(dāng)然,換頭手術(shù)的研究本身是有其積極意義的。對換頭術(shù)等移植手術(shù)的探索事實上促進了對上文“三座大山”的攻克進度,可以推動整個移植醫(yī)學(xué)和再生修復(fù)領(lǐng)域,其研究成果更會使無數(shù)各類疾病的患者受益。
因此,這次換頭術(shù)本身成功與否并不是最重要的,相關(guān)領(lǐng)域的科研成果才是現(xiàn)階段實打?qū)嵲旄H祟惤】凳聵I(yè)的科學(xué)進步。而對于一些飽受身體嚴重疾病但頭腦健全的人來說,換頭術(shù)有朝一日的應(yīng)用也能使他們從病魔的痛苦中得到極大的解放,甚至恢復(fù)健康的生活。
換頭術(shù)面臨的倫理挑戰(zhàn)
換頭術(shù)的確能極大地帶動的相關(guān)科技的發(fā)展,促進人類健康。但有人擔(dān)心,若有朝一日換頭手術(shù)真的突破重重困難大規(guī)模應(yīng)用了,對社會是否會造成很大的影響?
人之為人,最重要的就是其思想和記憶,而這二者都是和大腦緊密相關(guān)的。換頭手術(shù)與其說是“換頭”不如說是“換身”,并不會對患者的社會身份認知造成太大影響。當(dāng)然,由于生殖系統(tǒng)屬于更換的身體,因此患者康復(fù)后如果進行生育,將會面臨一個“孩子是誰的”問題。
還有一些人猜測,換頭術(shù)是否能讓人延年益壽甚至長生不老?
答案是否定的。人類的神經(jīng)系統(tǒng)(包括大腦)自發(fā)育完成后就基本失去了再生能力,幾乎所有神經(jīng)細胞都無法繼續(xù)分裂,可以說是“用一個少一個”,這也是上文中神經(jīng)損傷修復(fù)如此困難的根本原因。
換頭手術(shù)本身并不能直接逆轉(zhuǎn)患者大腦的衰老。因此,換頭術(shù)更多地是為身患重癥的患者提高生命質(zhì)量,而非延長生命時間的續(xù)命法寶。

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