切除半個大腦后，有些人還能正常生活

南方周末特約撰稿　陳彬

6名在童年時期接受了大腦半球切除手術的人的磁共振成像掃描圖，研究結果發(fā)表在《細胞報道》雜志上。

切除掉一個腦半球后的磁共振影像。

★人腦存在某種可塑性。在腦損傷發(fā)生后，這種可塑性在一定程度上能夠幫助填補損傷導致的腦功能喪失。有些病人在缺失半個大腦的情況下仍然能夠正常工作和生活。但對于神經(jīng)網(wǎng)絡關系重新調整的機制，我們仍然知之甚少。

它由上千億個“零件”組成，不同的“零件”間形成錯綜復雜的關系網(wǎng)；它有超高的能效，完勝你見過的所有電器；它異常輕巧，一只手就能托起來；它被科學家稱為“全宇宙最復雜的裝置”，并且無時無刻不在支配著我們。它就是我們的腦。

對于人腦這樣復雜的結構，也許你會覺得只要稍稍出一點小“故障”，它就將無法正常運轉。沒錯，在神經(jīng)科學領域，科學家和醫(yī)生報道過很多神經(jīng)系統(tǒng)異常導致的怪異腦病。如果你不信，可以試試搜索科塔爾綜合征，這種疾病還有一個別稱：行尸走肉綜合征。

但情況也并沒有這么簡單。研究發(fā)現(xiàn)，人腦（或者說所有動物的腦）存在一種“可塑性”。在腦受到損傷后，這種可塑性一定程度上能夠幫助填補損傷導致的腦功能喪失。這些損傷可以非常大，甚至可以大到缺失一個腦半球，在這種情況下，有些病人仍然能夠正常地工作和生活。

別無選擇的手術

我們神經(jīng)系統(tǒng)的細胞主要可以分為兩類，一類是神經(jīng)元（神經(jīng)細胞），一類是神經(jīng)膠質細胞。其中神經(jīng)元的作用是感知環(huán)境的刺激，將這些刺激轉化為電信號后傳遞給其他神經(jīng)元，把來自其他神經(jīng)元的電信號加以整合（“歸納”），以及控制機體的活動。當你的手不小心碰到滾燙的水壺時，你手上的感覺神經(jīng)元會產(chǎn)生相應的電信號。這些電信號會被神經(jīng)元一級一級地傳遞到腦中相關的區(qū)域加以處理，最終導致你產(chǎn)生“燙”的感覺。另一方面，這些電信號也會被傳遞給控制肌肉的運動神經(jīng)元，讓我們迅速把手縮回來（在這個例子中，這些電信號并沒有被傳遞到腦。這可以使我們對燙的傷害做出最快的反應）。無論是我們對環(huán)境的感知，還是對外界做出的反應，都有賴于神經(jīng)元正常的電活動。

如果神經(jīng)元的電活動出現(xiàn)異常，我們的神經(jīng)系統(tǒng)有可能就無法正常工作，癲癇就是如此：當腦中的神經(jīng)元異常放電時，人就可能出現(xiàn)短時意識喪失、痙攣等表現(xiàn)。通過藥物或者局部的手術，很多癲癇都能得到控制。但也有一些癲癇非常頑固，不僅癥狀難以控制，而且發(fā)作非常頻繁（甚至可以到每天數(shù)十次的程度），對病人的大腦造成嚴重的損傷。這時，醫(yī)生也許就別無選擇，不得不考慮一種不到萬不得已不會考慮的應對方式：切除掉癲癇發(fā)作源頭一側的整個大腦半球。

可塑的大腦

這種被稱為“大腦半球切除術”的手術可以追溯到19世紀。德國生理學家弗里德里?！じ隊柎模‵riedrich Goltz）于1888年對一只狗進行了這種手術。在人上第一個進行大腦半球切除手術的則是神經(jīng)外科先驅、美國神經(jīng)外科醫(yī)生沃爾特·丹迪（Walter Dan-dy）。他在1928年對五名患有腦瘤的病人實施了這種手術。從治療或者控制腫瘤的角度看，這些手術有的并不算成功（有病人術后不久就死了），但丹迪發(fā)現(xiàn)，在認知能力等方面，這些病人術后并沒有出現(xiàn)明顯的異常。自那以后，這種手術就被神經(jīng)外科醫(yī)生當作一種在別無他法時使用的手段，用來治療癲癇、腦瘤等疾病。

在被切除一側的大腦半球后，手術會對病人產(chǎn)生何種影響？　美國克利夫蘭診所（世界著名醫(yī)學機構之一）的科學家在2013年時曾發(fā)表過一項研究，對115名接受過大腦半球切除手術的兒童進行了長期的跟蹤調查。研究發(fā)現(xiàn)，在手術12年（平均值）后，超過80%的病人都能獨立行走，70%的病人擁有令人滿意的會話能力，42%的病人擁有令人滿意的閱讀能力。研究還發(fā)現(xiàn)，手術時病人的年齡越小，這些能力受到的影響往往也更小。這些結果表明，我們的腦具有一定的可塑性，在一側的大腦半球被切除后，剩下的一側大腦半球一定程度上能夠承擔起前者的功能。這一點在病人術后的獨立行走能力上表現(xiàn)得最清楚。在正常情況下，我們一側的軀體是受對側大腦半球支配的，那么一個順理成章的推測是，當一側的大腦半球被切除后，人將無法活動對側的軀體。然而在115名受調查的病人中，有96人后來能夠獨立行走。

掃描半個大腦

美國加州理工學院的科學家近日在科學期刊《細胞報道》（Cell Reports）上發(fā)表了一項研究，進一步加深了我們對這種手術產(chǎn)生的影響的理解。

在這項研究中，科學家以6名在童年時期（3個月~11歲時）接受了大腦半球切除手術的人（現(xiàn)在均已成年）作為研究對象，對他們的腦進行了功能性磁共振成像掃描，并將其與健康人的成像結果進行了比較。

我們腦中神經(jīng)元的活動需要消耗氧氣，當神經(jīng)元的神經(jīng)活性比較高時，需氧量也會比較高。如果腦中某一個區(qū)域的神經(jīng)元比較活躍，機體就會增加這個區(qū)域毛細血管的血流量，以滿足這個區(qū)域增高的需氧量。功能性磁共振成像技術就是通過這個原理來成像的：在進行腦掃描時，腦中那些活躍的區(qū)域會被“點亮”。

在對這些病人進行腦掃描時，研究人員采集的是這些病人的靜息腦影像，也就是說病人在接受掃描時只需要保持放松，不要多想就行了。此前對接受過大腦半球切除手術的病人的研究并不多，而且基本上都限于研究手術對某種能力的影響，比如視覺、聽覺、語言，等等。在這些研究中，采集的往往是病人在執(zhí)行某項任務（比如看一個圖像）時的影像。加州理工學院的研究人員希望通過這項新的研究，了解手術對大腦中的神經(jīng)網(wǎng)絡產(chǎn)生了何種影響，因此他們采集的是病人的靜息腦影像。

此前的腦功能成像研究發(fā)現(xiàn)，大腦可以被分成7個神經(jīng)網(wǎng)絡。這些網(wǎng)絡分別與不同的神經(jīng)活動有關，有的網(wǎng)絡的區(qū)域比較集中并連成一片，比如與視覺相關的網(wǎng)絡；有一些網(wǎng)絡的分布則比較散，甚至整個網(wǎng)絡都沒有連成一片，而是被其他網(wǎng)絡隔開，比如與注意相關的網(wǎng)絡。為了研究接受過手術的人每個神經(jīng)網(wǎng)絡的內部活動，以及不同的神經(jīng)網(wǎng)絡之間的神經(jīng)活動，這些科學家把7個神經(jīng)網(wǎng)絡劃分成了更小的單元，每個網(wǎng)絡由數(shù)十個單元組成，一個大腦半球總共包含200個單元。

通過分析做過手術的人大腦半球上的這200個單元的神經(jīng)信號，并將其與對照組（沒有做過手術的健康人）的大腦半球的信號進行比較，科學家有了一些新發(fā)現(xiàn)。

既吹號又打鼓

在正常的人腦中，很多神經(jīng)網(wǎng)絡的正常工作有賴于兩個半球相應部分的協(xié)作。這使研究人員猜測，在做過大腦半球切除手術的人剩下的那個大腦半球中，神經(jīng)網(wǎng)絡可能會弱化，無論是一個神經(jīng)網(wǎng)絡內，還是不同的神經(jīng)網(wǎng)絡之間，聯(lián)系都會減弱。

實驗結果完全出乎科學家們的意料。在采集到大腦半球的200個單元的神經(jīng)信號后，研究人員將這些單元的信號進行了兩兩比對，并通過一種分析方法，得出了不同單元間神經(jīng)聯(lián)系的強弱。我們可以把這些單元間的聯(lián)系劃分為兩類，一類是同一個神經(jīng)網(wǎng)絡內部單元間的聯(lián)系，另一類是不同的神經(jīng)網(wǎng)絡的單元之間的聯(lián)系。

科學家驚奇地發(fā)現(xiàn)，在做過手術的人的腦中，大腦半球各個神經(jīng)網(wǎng)絡內不同單元間的聯(lián)系并沒有減弱，而是和健康的對照組聯(lián)系的強弱相同。更讓人驚訝的現(xiàn)象出現(xiàn)在不同神經(jīng)網(wǎng)絡間的聯(lián)系上。在做過手術的人的腦中，不同神經(jīng)網(wǎng)絡的單元間的聯(lián)系不僅沒有減弱，反而增強了！　這說明在做過手術的人的腦中，不同的神經(jīng)網(wǎng)絡間可能在進行更多的合作。

這種變化意味著什么？　卡耐基梅隆大學的認知神經(jīng)科學家瑪琳·貝爾曼（Marlene Behrmann）打了一個通俗的比喻：在正常情況下，不同的神經(jīng)網(wǎng)絡就像一個樂隊的不同成員，他們各有專長，有的是號手，有的是鼓手，等等。而在一側大腦半球被切除后，剩下的一側半球中的神經(jīng)網(wǎng)絡變得更加全能了，原先只負責吹號的網(wǎng)絡，現(xiàn)在不僅吹號，也開始打鼓了。這項研究的科學家認為，在一側大腦半球被切除后，另一側半球的這種重新組織也許是病人術后能夠一定程度上正常工作和生活的原因。但這種補償具體是如何實現(xiàn)的？　科學家仍然不清楚，還需要進一步的研究。

雖然這項研究做出了有趣的發(fā)現(xiàn)，但對于這種神經(jīng)網(wǎng)絡關系重新調整的機制，我們還不清楚。另一方面，并不是每一個接受過大腦半球切除手術的人術后都能像正常人一樣生活，仍然有一些人認知能力有限并無法生活自理。為什么會有如此大的差異？科學家對這背后的具體原因可以說還接近一無所知?！叭钪孀顝碗s的裝置”還有很多秘密有待我們探索。