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新鲜带血的大脑样品

我身处在上千个大脑的环绕中,上千个患有精神疾病的大脑。

作为美国国家精神卫生研究所人类大脑收集中心的负责人,我的工作与大脑为伴。这些形形色色的大脑因各种原因无法正常工作。有些大脑使人出现幻觉、听见神秘的声音、受到狂乱的情绪波动的折磨或者陷入深深的抑郁。过去30年来,我们对这些大脑进行收集、编目,并将它们存放到这里。

这些大脑中,约有1/3来自自杀者。对很多深受精神疾病折磨的人来说,自杀这种极端而令人心碎的行为是他们最后的选择。我和我的同事每天都在面对这一严酷的现实。

每份大脑样品送到我们这里时都是新鲜带血的,装在透明的塑料袋里,闪闪发亮,塑料袋小心地放在装着冰的保温箱里。它看起来像一团红肉,看不出与真正的人性有什么关联。但是仅仅在一天前,它还在指挥着一个人的一举一动、一言一行。

要想理解、治疗并在未来某一天彻底治愈精神疾病,研究人员需要研究大量的大脑。负责进行这些研究的正是美国国家精神卫生研究所(引领美国精神卫生研究的联邦机构)这类研究机构。在大脑银行 ,我们收集这些神奇的器官,将其切成可用于实验的组织样本,并与全世界的科学家共享。

但是收集大脑并非易事。收集患有精神分裂症、躁郁症、重度抑郁症、焦虑症或对各种成瘾物质(可卡因、阿片类药物、酒精甚至大麻)上瘾的人的大脑尤其困难。

此外,如果患有精神疾病的人死于严重疾病、在医院死亡时正在使用呼吸机或在死前使用过大量的药物,那么我们就不能使用这些人的大脑。我们的研究试图搞清楚是什么导致了精神疾病,这个问题本来就已经扑朔迷离了,如果实验大脑来自患有其他疾病或医疗问题的人,那么问题将会变得更加复杂。

要想搞清楚人患上精神疾病的原因,我们还需要没有患精神疾病的人的大脑(用作实验研究的对照),这样就可以对这两类大脑进行研究和比较。简言之,我们既需要精神错乱的人的大脑,也需要健康人的大脑,但这两类大脑必须都是干净完好的。

我们获得的大部分大脑都来自附近的法医办公室的停尸间,那里存放的通常是死因可疑或者死因不明的人的尸体。因此,除了获取自杀者的大脑外,我们无意间还是凶杀案和原因不明的死亡的受益者。

每天早晨,我们大脑银行的技术人员都会首先致电当地的法医办公室,询问当天是否有可以向我们提供的大脑。

我们争分夺秒。如果一个人死亡超过3天,那么他的大脑就不能用了。我们需要的是脑组织开始分解之前的大脑,那时大脑中的蛋白质以及核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)等其他分子还没有开始分解。一旦这些物质开始分解,这些脑就无法用于研究了。

停尸间的工作人员会告诉技术人员过去24小时中送去的尸体,并分享他们已掌握的信息。通常,这些信息并不多,只是一些最基本的事实:这是一个海洛因使用过量的年轻人,这是一个心脏病发作的中年妇女,这是一个上吊的少年。这些可能就是我们所能获取到的全部信息。

技术人员整理好可供选择的尸体名单后会来到我这里,与我一起进行筛选。我们想要这个毒品使用过量的人,还是这个老人(他的妻子告诉尸检人员他是个酒鬼)?这里有个死于车祸的男性,没有迹象表明他患有精神疾病,因此研究人员可以将他的大脑用作研究中的对照,但是他的大脑可能已经在车祸中出现了损伤,我们还需要他吗?

如果某个大脑可能适合我们,我通常会给出肯定的答复。满足我们要求的大脑非常少,因此异常宝贵,我们总是不够用。

在确定候选大脑后,我们的技术人员会立即联系死者的直系亲属,提出一个痛苦的请求:能否考虑把您所爱之人的大脑捐献给医疗研究?

这看似是个简单的问题。然而几小时前,这些人还活着。现在他们已经与家人永别了,我们却要求他们的父母、配偶或孩子把震惊和悲痛搁置一旁,把所爱之人最私人的东西,把人之所以为人的部分捐赠给我们。毫不奇怪,最终只有约1/3的人同意捐赠我们所寻求的大脑。

当一个大脑到达我们的大脑银行时,我们会先用数字对其进行编号,以便保护当事人及其家人的隐私,然后开始认真工作。现在,我们可以将样品切开,研究其内部的工作机制,以便更好地理解精神疾病。

我的工作就涉及这些大脑,它们被切成组织块,并被冰冻保存起来,它们承载着乐观与希望:有一天它们将揭示大脑的秘密。 xGD/isWE2M7ILY92uOsslNHW+5Ii03rcgJ302tWSiVLCxlxcHg/ZL/h3k/e9Y/dU



左手扶住大脑,假装在切面包或牛排

研究大脑是一项血淋淋的工作。我与大脑打交道超过30年,刚开始时是研究大鼠的脑。大鼠的脑有核桃般大小,质地光滑,结构相对简单。这些脑没有人脑的褶皱和裂缝(被称作沟回)。

与大鼠的脑相比,人脑更大、更精密,而且要复杂得多。人脑是进化到极致的产物。所有的褶皱、沟回、高低起伏,都有助于在头骨相对有限的空间内容纳更多的存储区域,并使脑能够行使更多的功能。意识就是这种神奇而复杂的组织的产物。不幸的是,意识也会带来痛苦——精神疾病。

在探寻精神疾病患者的大脑中发生了什么时,我们会深入研究大脑的组织、细胞和分子。每年层出不穷的新技术使这一过程更加便利。例如,为了尝试解开精神分裂症的秘密,我会研究用放射性染料或荧光染料染色的脑切片,并评估细胞中各种分子、蛋白质、RNA和DNA的类型。为了读取基因密码,我会使用现代的测序仪来分析大脑细胞中精微的分子组成。

作为一名神经科学家和分子生物学家,我是大脑研究方面的专家,但我并不是临床医生。在成为大脑银行的领导之前,我从未处理过完整的人体,甚至没处理过任何可以通过肉眼识别的人体部分。我在远离停尸房和医院的安静的实验室里工作,当样品被送到我这里时,已经完全看不出是大脑了。冰冻的脑组织要么已经被匀浆了,看起来就像是在小试管液体中悬浮的粉色颗粒,要么已经被切成了薄薄的切片,保存在略带臭味的化学试剂中。送来的样品几乎可以是任何形式的,可能来自任何一种动物。

与研究对象保持既密切又疏远的关系,并不会困扰到我,毕竟科学研究本就如此。每一个科学家都在为解开一个巨大的谜题而努力,每个人都在一个小小的分支领域里默默耕耘,期盼有一天可以通过大家的共同努力来解开这个谜题,而自己的微薄之力能为解开这个谜题贡献些许力量。

从事这份工作前,我甚至没有碰过完整的人脑。我去过几次停尸房,见过被剖开并摘除了器官的尸体,但从未见过从头骨中取出的大脑。我从未用手托起过完整的人脑,更没有亲手切开过。

2013年,大脑银行的前辈玛丽·赫尔曼·鲁宾斯坦(Mary Herman Rubinstein,被称作赫尔曼博士)在培训我时,敦促我说:“你必须亲自操作,等下一个大脑送到时,我们一起把它切成组织块并冰冻起来。”

我们真的这么做了。那年9月的一天,树叶开始泛红变黄,天气晴朗、温暖舒适,我们站在实验室前,等待第一个将由我处理的大脑被送过来。我们全副武装,穿戴着防护用具:两耳间戴着手术口罩,脸上罩着塑料防护罩,包发帽紧紧地包到前额,好几层乳胶手套从手掌一直覆盖至肘部,白色的实验服外面还套了一层防止血液溅到身上的塑料围裙,脚上穿着塑料短靴。

一名技术人员提进来一个白色的大冷藏箱,就是那种在野外足球派对上用来装啤酒和牛排的箱子。我知道这个冷藏箱里装着一个保存在大量冰中的人脑。

大脑的冷藏极为关键,因为这有助于延缓组织分解的过程。在我们的实验中,脑细胞中的RNA一定不能降解,因为它们对研究基因的表达情况异常关键。在被从人体中取出后,大脑需要立即被放置在冰上,避免RNA降解。但若想长期保存,我们必须以极低的温度对脑组织进行急冻。将大脑保存在极低温度下可以使RNA在数十年的时间内都不降解。

赫尔曼博士打开冷藏箱的盖子,小心地取出一个结霜的透明塑料袋。她缓慢地取出脑,将它放在我摊开的手掌上。这个脑沉重、冰冷、湿漉漉的,它稳稳地躺在我的手上,像一块肉一样在滴着血。人脑的平均重量为1300克,也就是大约3磅 重。我后来见过重达1800克的人脑,约4磅重。虽然人脑看起来像坚实的果冻,但实际上它非常脆弱。如果我不多加小心,可能会伤到它。

人脑有着宇宙中最复杂的结构,因此你可能以为它看起来会更为复杂,但其实它看起来毫不起眼。当我第一次在停尸房看到尸体时,看着那些血肉、骨骼、皮肤,我一度担心自己会晕过去。但现在,我手中的这个大脑却不那么可怕。从身体中取出后,它看起来几乎不再具有人性了。

大脑外观上的平淡无奇与其内在的复杂性间的巨大对比,让人惊诧莫名。一个人的一切都包含在我手中的这个器官里,想想真是神奇而又不可思议。

毫无疑问,不到一天前,这个大脑还掌控着它的主人。但是除了这一点之外,我对手中的大脑还了解些什么呢?它来自一个男人还是一个女人?这个人患有精神疾病吗?他是自杀而死的吗?考虑到我们获取这个大脑的地点,自杀的可能性很大。但这个大脑也完全有可能来自一位死于肺炎的老人或者因胸部中枪而死的青年。他可能患有精神分裂症或抑郁症,也可能没有精神疾病。只用肉眼观察无法得出结论。大脑不会轻易透露自己的秘密。

一个完整大脑的形状有点像足球,并且被中间的一个深沟分成了左右两个半球。每个半球有4个脑叶:额叶(Frontal Lobe)、颞叶(Temporal Lobe)、顶叶(Parietal Lobe)和枕叶(Occipital Lobe)。

手中托着这个大脑,我凝视着脑叶中最大的额叶。大脑皮层(大脑的外层)的这个区域决定着人类大部分的意识活动,从对世界的感知到最私密的念头和想象。这个区域是脑中最令我着迷的部分,也是相当一部分神经科学家专攻的领域。

图1-1 人脑的主要区域

额叶,左右各一,自眼睛正上方的前额底部向后延伸到头骨顶部。与其他脑叶类似,它包裹着人脑深处更为原始的部分。

我的目光停留在额叶皮层上,那里位于额叶的前顶部,大概在发际线的位置。额叶皮层充满大量褶皱和裂缝,是人脑中最年轻也是进化程度最高的区域。它决定了人类的本质——一种能够思考、记忆、解决问题、做出判断和明智决策的生物。

前额叶皮层是额叶皮层最靠前的部分,位于前额的正后方。这块相对较小的皮层对我们的理智来说可能是最重要的部分,因为前额叶皮层控制着执行功能,那是些最复杂的认知任务,例如区分对错、抑制不当或冲动行为,以及预测现在发生的事情将会产生何种后果。大量针对精神疾病进行的神经科学研究表明,前额叶皮层出现问题是导致精神疾病的关键。但我们并不清楚那究竟是怎样的问题,仅凭看着大脑的额叶,我肯定也得不出什么结论。

在额叶后方,我注意到被一条深沟与额叶隔开的顶叶,这里同样汇集了大量复杂的皮层。顶叶负责协调从身体其他部位发送至大脑的感觉信息,使我们能够感受、品尝、移动和触摸。有了它,我们可以感知自己在空间中的位置、与周围事物的相对位置,以及我们身体的动作。它也使我们能够阅读和算数。

我把大脑侧过来,瞥着位于太阳穴后方、耳朵上方的颞叶。这部分皮层负责高级听觉处理,用于听觉和理解语言。在颞叶下方,眼睛看不到的大脑深处,有一个由层层皮质组织环绕的区域:海马。它的名字取自希腊语中的“海马”一词,因为它独特的弯曲形状类似海马。海马是大脑中进化程度比较原始的部分,用于存储长期记忆。它还像一个GPS系统,具备空间导航作用,让我们能够知道自己身处何处。

隐藏在大脑下方的是精细的沟槽状小脑,它由密集的神经元组成。小脑协调随意运动:告诉我们如何坐下、行走和说话。在小脑的正上方,人们扎马尾辫的地方,是第四个也是最后一个脑叶——枕叶。枕叶处理来自眼睛的信息,让我们能够看到东西。

所有的大脑结构对我们的日常生活都至关重要。如果位于大脑后方、用于调节呼吸和心跳等基本功能的脑干(Brain stem)受伤,人可能会瘫痪,甚至死亡。

额叶皮层可能是最重要的大脑区域。尽管没有额叶皮层人不会死,但人之为人正是因为这一区域。该区域受损会造成大量不良症状,从丧失记忆到无法做出计划和组织行动,从语言和表达障碍到出现不当行为及判断力变差。

我乐于继续满怀钦佩地欣赏这个第一次托在手中的大脑,但赫尔曼博士和我必须快速行动,以保存用于研究的样本。

我小心地将大脑放在一个大板子上,板子下面铺了一层冰。我拿起解剖刀,刀很长也很锋利。

赫尔曼博士指导我说:“假装你是在切面包或牛排。让刀锋与大脑的顶部表面保持垂直,尽量每次切割都保持平行。”

我用左手扶住大脑,拿起刀,开始切。经过冷藏的大脑变得坚实,刀切起来轻快自如。

第一刀是沿着分开大脑两个半球的裂缝纵向切下去。然后,从前往后切左半球,每个切片约半英寸 厚。过了一会儿,随着温度升高,我感觉到大脑开始变成糊状。切片没有利索地落在切割板上,而是叠在一起,起皱了。而我继续切着,越切越好。

我拿起切片,仔细检查。赫尔曼博士指着大脑的褶皱和裂缝,以及由略带粉色的灰色或白色组成的边界。这些边界将大脑划分成不同的分区,富含神经的灰色区域和在其中交织的白色连接纤维。在不同的切片中,某些样本可能包含部分的海马、杏仁核(Amygdala)或其他一些脑部结构。

我们快速将各个切片放在玻璃皿中,浸在干冰和一种叫作异戊烷(Isopentane)的挥发性化学品的混合物中,混合物保持着-86℃的极低温度。当我们将脑组织切片放入其中时,这种半液体混合物会剧烈地冒烟冒泡,切片会立即冻住,几秒内便从血红变为霜白。这一步骤会保护切片的解剖构造,防止缓慢冰冻过程中出现的细胞膜迸裂问题。我们立即用镊子将切片夹出,放在塑料袋中。随后将塑料袋密封,并贴上打印的条形码。切片的保存过程现在就完成了。

如果大脑最初像是一块寻常的肉,现在则像杂货店熟食柜中的冷盘。像是为了加深这一印象似的,穿着白色外套的技术人员过来拿走切好的样本,放到实验室的深度冷冻柜中。这些样本在冷冻柜中静静地放着,直到可用于我们对大脑秘密的无尽探索中。 xGD/isWE2M7ILY92uOsslNHW+5Ii03rcgJ302tWSiVLCxlxcHg/ZL/h3k/e9Y/dU

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