南方周末特約撰稿　陳彬

6名在童年時(shí)期接受了大腦半球切除手術(shù)的人的磁共振成像掃描圖，研究結(jié)果發(fā)表在《細(xì)胞報(bào)道》雜志上。

切除掉一個(gè)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(bǔ)損傷導(dǎo)致的腦功能喪失。有些病人在缺失半個(gè)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(luò)關(guān)系重新調(diào)整的機(jī)制，我們?nèi)匀恢跎佟?/p>

它由上千億個(gè)“零件”組成，不同的“零件”間形成錯(cuò)綜復(fù)雜的關(guān)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(xué)家稱為“全宇宙最復(fù)雜的裝置”，并且無時(shí)無刻不在支配著我們。它就是我們的腦。

對于人腦這樣復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，也許你會(huì)覺得只要稍稍出一點(diǎn)小“故障”，它就將無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。沒錯(cuò)，在神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域，科學(xué)家和醫(yī)生報(bào)道過很多神經(jīng)系統(tǒng)異常導(dǎo)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(gè)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(dòng)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(bǔ)損傷導(dǎo)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(gè)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(shù)

我們神經(jīng)系統(tǒng)的細(xì)胞主要可以分為兩類，一類是神經(jīng)元（神經(jīng)細(xì)胞），一類是神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)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(zhuǎn)化為電信號(hào)后傳遞給其他神經(jīng)元，把來自其他神經(jīng)元的電信號(hào)加以整合（“歸納”），以及控制機(jī)體的活動(dòng)。當(dāng)你的手不小心碰到滾燙的水壺時(shí)，你手上的感覺神經(jīng)元會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào)。這些電信號(hào)會(huì)被神經(jīng)元一級一級地傳遞到腦中相關(guān)的區(qū)域加以處理，最終導(dǎo)致你產(chǎn)生“燙”的感覺。另一方面，這些電信號(hào)也會(huì)被傳遞給控制肌肉的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元，讓我們迅速把手縮回來（在這個(gè)例子中，這些電信號(hào)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(yīng)）。無論是我們對環(huán)境的感知，還是對外界做出的反應(yīng)，都有賴于神經(jīng)元正常的電活動(dòng)。

如果神經(jīng)元的電活動(dòng)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(dāng)腦中的神經(jīng)元異常放電時(shí)，人就可能出現(xiàn)短時(shí)意識(shí)喪失、痙攣等表現(xiàn)。通過藥物或者局部的手術(shù)，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(yán)重的損傷。這時(shí)，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(huì)考慮的應(yīng)對方式：切除掉癲癇發(fā)作源頭一側(cè)的整個(gè)大腦半球。

可塑的大腦

這種被稱為“大腦半球切除術(shù)”的手術(shù)可以追溯到19世紀(jì)。德國生理學(xué)家弗里德里?！じ?duì)柎模‵riedrich Goltz）于1888年對一只狗進(jìn)行了這種手術(shù)。在人上第一個(gè)進(jìn)行大腦半球切除手術(shù)的則是神經(jīng)外科先驅(qū)、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(shí)施了這種手術(shù)。從治療或者控制腫瘤的角度看，這些手術(shù)有的并不算成功（有病人術(shù)后不久就死了），但丹迪發(fā)現(xiàn)，在認(rèn)知能力等方面，這些病人術(shù)后并沒有出現(xiàn)明顯的異常。自那以后，這種手術(shù)就被神經(jīng)外科醫(yī)生當(dāng)作一種在別無他法時(shí)使用的手段，用來治療癲癇、腦瘤等疾病。

在被切除一側(cè)的大腦半球后，手術(shù)會(huì)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(xué)機(jī)構(gòu)之一）的科學(xué)家在2013年時(shí)曾發(fā)表過一項(xiàng)研究，對115名接受過大腦半球切除手術(shù)的兒童進(jìn)行了長期的跟蹤調(diào)查。研究發(fā)現(xiàn)，在手術(shù)12年（平均值）后，超過80%的病人都能獨(dú)立行走，70%的病人擁有令人滿意的會(huì)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(shù)時(shí)病人的年齡越小，這些能力受到的影響往往也更小。這些結(jié)果表明，我們的腦具有一定的可塑性，在一側(cè)的大腦半球被切除后，剩下的一側(cè)大腦半球一定程度上能夠承擔(dān)起前者的功能。這一點(diǎn)在病人術(shù)后的獨(dú)立行走能力上表現(xiàn)得最清楚。在正常情況下，我們一側(cè)的軀體是受對側(cè)大腦半球支配的，那么一個(gè)順理成章的推測是，當(dāng)一側(cè)的大腦半球被切除后，人將無法活動(dòng)對側(cè)的軀體。然而在115名受調(diào)查的病人中，有96人后來能夠獨(dú)立行走。

掃描半個(gè)大腦

美國加州理工學(xué)院的科學(xué)家近日在科學(xué)期刊《細(xì)胞報(bào)道》（Cell Reports）上發(fā)表了一項(xiàng)研究，進(jìn)一步加深了我們對這種手術(shù)產(chǎn)生的影響的理解。

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

我們腦中神經(jīng)元的活動(dòng)需要消耗氧氣，當(dāng)神經(jīng)元的神經(jīng)活性比較高時(shí)，需氧量也會(huì)比較高。如果腦中某一個(gè)區(qū)域的神經(jīng)元比較活躍，機(jī)體就會(huì)增加這個(gè)區(qū)域毛細(xì)血管的血流量，以滿足這個(gè)區(qū)域增高的需氧量。功能性磁共振成像技術(shù)就是通過這個(gè)原理來成像的：在進(jìn)行腦掃描時(shí)，腦中那些活躍的區(qū)域會(huì)被“點(diǎn)亮”。

在對這些病人進(jìn)行腦掃描時(shí)，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(shí)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(shù)的病人的研究并不多，而且基本上都限于研究手術(shù)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(xiàng)任務(wù)（比如看一個(gè)圖像）時(shí)的影像。加州理工學(xué)院的研究人員希望通過這項(xiàng)新的研究，了解手術(shù)對大腦中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。這些網(wǎng)絡(luò)分別與不同的神經(jīng)活動(dòng)有關(guān)，有的網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域比較集中并連成一片，比如與視覺相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)；有一些網(wǎng)絡(luò)的分布則比較散，甚至整個(gè)網(wǎng)絡(luò)都沒有連成一片，而是被其他網(wǎng)絡(luò)隔開，比如與注意相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)。為了研究接受過手術(shù)的人每個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部活動(dòng)，以及不同的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之間的神經(jīng)活動(dòng)，這些科學(xué)家把7個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)劃分成了更小的單元，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)由數(shù)十個(gè)單元組成，一個(gè)大腦半球總共包含200個(gè)單元。

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

既吹號(hào)又打鼓

在正常的人腦中，很多神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的正常工作有賴于兩個(gè)半球相應(yīng)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(shù)的人剩下的那個(gè)大腦半球中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可能會(huì)弱化，無論是一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，還是不同的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之間，聯(lián)系都會(huì)減弱。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全出乎科學(xué)家們的意料。在采集到大腦半球的200個(gè)單元的神經(jīng)信號(hào)后，研究人員將這些單元的信號(hào)進(jìn)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(qiáng)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(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部單元間的聯(lián)系，另一類是不同的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的單元之間的聯(lián)系。

科學(xué)家驚奇地發(fā)現(xiàn)，在做過手術(shù)的人的腦中，大腦半球各個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)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(qiáng)弱相同。更讓人驚訝的現(xiàn)象出現(xiàn)在不同神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)間的聯(lián)系上。在做過手術(shù)的人的腦中，不同神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的單元間的聯(lián)系不僅沒有減弱，反而增強(qiáng)了！　這說明在做過手術(shù)的人的腦中，不同的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)間可能在進(jìn)行更多的合作。

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

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