CC讲坛第59期:致敬“无语良师”,建设人脑组织库 存下未来的希望——包爱民

  • 孙逍然
  • 日期:2024-04-29
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        由北京君和创新公益基金会、中国科学院大学校友会联合主办,主题为“和而不同,思想无界”的CC讲坛第59期演讲2024年4月21日在中国科学院大学(北京玉泉路校区)礼堂举行。来自浙江大学脑科学与脑医学学院 包爱民教授出席,并以《致敬“无语良师”,建设人脑组织库 存下未来的希望》为题发表演讲。

        大家好,我是包爱民,我来自浙江大学脑科学与脑医学学院,我同时也是国家健康和疾病人脑组织资源库的一位建设者。世界上没有任何两个相同的大脑,每一个大脑都是独一无二的,都有自己的潜能和局限性。我们对自己的大脑充满了好奇心,因为我们的特征既然就是大脑决定的,大家都有自己的长处和短处,幸福的人生就是扬长避短,那么大家就很希望搞清楚人脑的奥秘。我们人脑是如何运作的?我们的意识是如何产生的?我们是不是只用了10%的大脑?还有人和人之间为什么如此不同?这些显然都需要通过针对人脑的研究才能够揭秘。

        还有我们更关注的就是大脑的疾病。大家知道目前像抑郁症、精神分裂症、阿尔兹海默病、帕金森病、渐冻症等等,它们严重危害我们人类健康,它们显然给患者个人以及家庭和社会带来巨大的痛苦和负担。目前还缺乏有效的治疗方法,或者说是药物,究其原因,是我们现在对这些疾病病因还没有完全阐明,而研究这些疾病显然需要研究人脑本身,这是为什么?

        这只是一个大脑里面的示意图,我们大脑中大约有800亿或者是1,000亿这个数量不等的神经元,更不要说神经元之间还有其他的一些细胞,我们称之为胶质细胞,这个数量可以是等倍的,甚至数倍于神经元,所以这是一个浩瀚的数量。而大家看神经元和神经元之间有这种长长的纤维,我们也称之为神经突起相连,所以它形成一个非常复杂的网络结构,这样的纤维长度,在成人大脑里大约有10万公里。

        用我们中国的高铁地图,来显示一个一个神经网络的特征。大家注意到它们连起来形成了一个有效运作的高铁网络。大家看它有一个个节点,比如北京站、上海站、杭州站、绍兴站等等,有大有小,那么如果某一个节点出了问题,例如我杭州站出了问题,那么你就应该去修理杭州站。但是在这样的一个网络中,另外一位患者他完全可能是上海站出了问题,或者是北京站出了问题,这个时候你去修理杭州站,你就看不到效果,或者说你要过很长的时间看到相应的代偿的效果等等。由于每一个大脑都不一样,但是我们大家得了同样的疾病的话,当然有我们的共性,但是也要找出其中的个性,这就是现在,对于尤其精神疾病,我们为什么说要进行精准治疗或者个体治疗。那么显而易见,我们需要大量的研究样本去揭秘这个问题。

        科学家们更多的是在用实验动物,比如说大鼠小鼠,甚至用到猴子在研究这个人脑。我们必须感谢这些动物,这么多年来它们大量的牺牲,向我们研究人脑疾病提供了很有益的启示,但是它们是完全不同的,用右下方这个漫画向大家显示,小鼠不管是在显示它失望、高兴、狂喜、害怕等等,它是没有表情的,对吧?而我们人类是有着丰富的表情,丰富的感受,上面的图也显示了人脑和鼠脑,它的巨大差异。还有比如说我们的帕金森病,小鼠或者大鼠,我们还没有天然的看到它们得这个病,这一些动物都是在我们科学家尽力去让它们模仿1~2个症状或者若干个人脑疾病的症状,但是它无法模拟这个疾病从人类基因开始,遗传开始到人类发育,包括我们在妈妈子宫里,十月怀胎过程中的发育很重要,以及出生后童年期种种经历,影响我们大脑发育,导致我们成为现在的我,包括我们对疾病容易易感,还是对疾病有抵抗性有韧性。

        大家还会说,影像学越来越先进了,看得越来越清楚了。是的,大家看左边现在的功能性的核磁共振可以看清楚,刚才我提到的这些不同的环路负责不同的功能,它们是哪些地方活性高了或者活性低了。但是这样的影像无法看清楚分子的改变,它们的变化在影像学上直接看看不到。虽然躯体很重要,给我们供氧供能,但是我们也注意到,比如说缺胳膊短少腿,我可以是一个强者,只要我大脑还很坚强,比如说双脑的连体双胞胎,她们的基因都完全一样,她们共用一副躯体,她们从小看到的,听到的,学到的也都一样,但她们说,我们是完全不同的两个人,因为大脑就是我们,叫我即我脑。既然我即我脑,那么当我们现在这样活着的时候,你很难请脑外科医生或者科学家把你大脑拿出来研究。一般如果能够拿出来,都是一些病变的组织,比如癫痫的组织,比如肿瘤组织,你很难知道我们全脑发生什么变化。因此如果说这项研究它是一块拼图,基因的研究很重要,针对动物模型的研究也很重要,对于核磁共振影像,对于细胞或者细胞系研究很重要,但是这块拼图中我想我已经说服了大家,人脑组织这一块异常重要,科学家坚信针对人脑疾病研究最好的样本,就是人脑组织本身。

        在过去的历史中,我们针对人脑的研究已经让我们洞悉我们自己的很多特征,比如说在功能方面。这是1861年法国医生布洛卡,他发现了一位病人,这位病人就是用我们中国的老百姓的话叫中风了,中风了以后当然有偏瘫,但同时他不会说话了,大家知道语言你是要说出来的对吧?他心里很清楚,但是他不会说话了,所以这个叫失语症。那么他就在这位患者去世后研究了他的大脑,额叶的后方外侧裂上方,有一个病损,当然不能根据一个病人的大脑有这么一个病损,就说这个就是失语症的原因,对吧?他陆续又研究了7到8例这样的失语症患者,都发现是这个地方,所以他发表了论文,叫做《我们用左脑说话》。现在我们已经知道语言区,这个语言区我们纪念他,我们称之为布洛克区。

        对天才我们都很仰慕是吧?大家知道在爱因斯坦去世以后,美国的病理学家哈维博士就自己把爱因斯坦大脑就留了下来,他觉得这么聪慧的一个大脑,如果就这么埋起来就消失了,多么的可惜,所以把它收在他们家厨房的苹果酒瓶子里。但是他并不是仅仅储存,他做了很多爱因斯坦大脑的诊断的切片,他发送给世界上最优秀的神经科学家去研究,已经发现爱因斯坦大脑里有着比常人更多的处理数字,处理空间的脑区,以及多于常人的胶质细胞。我前面提到胶质细胞,过去大家以为它就是胶水把神经元粘在一起,起到一个支持营养的作用。但现在科学在进步,我们中国的科学院院士段树明院士,他就是研究胶质细胞功能的一个专家,他们发现它也参与了信息传递,如果参与了信息传递,您就能知道它的作用,以及万一它受损,一个人的信息不能传递以后,大脑的功能、学习记忆功能等等的丧失。当然还在继续研究,不能一个大脑就断定这些就是天才的标志。如果我们好奇,我们需要更多的大脑,因此大家就是比较明白了,我们不能像过去这位哈维教授这样悄悄摸摸的对吧?把大脑留下来,大家知道这个不符合伦理学,藏在自己家里,我们就要建设脑库。

        大家注意我们中国的翻译叫脑库,好像是一个库存的地方,但事实上它的英文叫脑银行,但我们翻译为中文,我们恰恰怕生起歧义,所以我们喊它为脑库,但事实上它的英文就是国际通用的是Brain Bank。这是因为它的运作模式非常像一个银行,我们每个人都愿意把自己最宝贵的财富存到银行中去,给子孙后代。在这个概念里,我们的大脑去世后的大脑,存进这个脑银行,然后科学家就有点像向银行贷款的方式,来向脑库申请我的人脑研究样本。比如我要研究老年痴呆阿尔兹海默病,我需要多少例的阿尔兹海默病患者的脑样本,我还需要多少例的健康对照。注意所有的这样的研究都是疾病对照研究,因为要不然你不清楚这个是疾病造成的,还是他的个体特征。所以你一定要用同年龄,同性别,最好是同文化环境,同样的死亡时间,死亡季节,越像越好,除了疾病之外,其他的因素匹配的越严越好。所以正常的没有脑部疾病的大脑,脑库也要收。而且一个成功的脑库,这种正常对照的数量需要是疾病数量至少4倍以上,这就是我们的经验。那么最后产生的利息是什么呢?就是对疾病的了解理解,以及制作出来的药物或者是治疗的方法。

        这就是我们的脑库,给大家简单的看一下,我们要做的工作就用这5个方框显示,首先我们要收集去世后的大脑,这些大脑都有《捐献知情同意书》,他们都是我们称之为无语良师的大爱捐献者,在去世后留下大脑,然后再去火化的。还要有一个生前病史,因为请注意如果生前得过疾病,用过一些药,这很可能会影响大脑的一些特征,那么这个也需要发送给科学家去充分考虑。当科学家有一个发现的时候,他要考虑这是这个疾病造成的,还是这个药物造成的,都是要做研究的。接下来我们脑库的工作人员就要把大脑取出,把遗体遗容遗貌修复好,要按家属的愿望是送回家还是送到殡仪馆,继续的遗体告别乃至火化。但我们掉过头来就要处理好它,根据研究目标的不同,我们的大脑通常分两半保存,而且分脑区,因为通常不会有一个科学家说我要整个大脑,他一般都是说我想研究额叶,我想研究海马,我想研究杏仁核,我想研究下丘脑,所以我们有冻存的,有固定的。

        另外我们要做好一个叫最后诊断非常重要,这是最后的神经病理诊断。请注意生前的临床诊断,由于医生都是凭借自己的经验,凭借你的症状主诉,这个是有一定的误诊率,我们不能把误诊的样本送给科学家研究,所以最后的右下方的实验室就是一个脑库的必配实验室,它将为病理医师做好这个诊断切片,由病理医师记录下最后诊断,以最后诊断发送科研,做到准确科研。

        那么建成脑库对我们有什么用吗?我举两个简单的例子,第一是国际上的一个发现,我们的脑库的老师是荷兰人脑库,他们建于1985年,他们所建立的整套国际伦理以及整套工作的标准化流程都是我们今天在学习的,因为我们将来希望国际化,大家一起做跨文化研究。

        他们建成十年之后发现了这样一个现象,有一些比如说她生下来她是女性,她的性染色体是XX,她的整个性器官都是女性,但是她认为装错了,我一定是个男性,我一定要把自己变为男性。当然也有男变女,生下来性染色体XY,所有的性器官都是男性,但是他确认他的性别错了,跟身体不匹配,一定要把自己变成女性。男变女,女变男,曾经我们以为都是精神分裂症,但是事实上,他当然不是。大家看我举的这位例子,我们的Barres教授是我们的同行,是神经科学家,他以前是Barbara Barres,然后中间这幅图是他变性,就是女变男变性以后,后面是他中老年期的一幅照片。Barres教授他是一个伟大的神经科学家,所以这个现象实际上他不应该被污名化,对吧?那么脑科学家提供证据,大家看图的右方,虽然是用荷兰脑库的提供的脑样本做的科研,但其实是一位中国的当时的博士生,后面他是中国科技大学的教授周江宁教授发现的。

        A图是异性恋男性的这么一个核团,大家注意上方左画了一个框,然后它的一半显示在中间这一列,红色的区域叫终纹床核,你可以不要记住它,但是你注意这个核团神经核团,它确定我们的性别。你认为你是男和女,不是由你的性染色体决定的,也不是你外面的性器官决定的,而是大脑决定的,这就是他们为什么一定要把它改掉。大家看这个异性恋男是a,异性恋女是b,这就看出了男女是有明显差异的;大家看最下面d男变女的这些性别认同障碍,障碍是什么?他觉得装错了,今天我们称他们为性别认同或者性别身份障碍,他长了一个女性的这个核团,这就是他想变性的原因。这个发被称为1995年的世界100大发现,根据这样的发现,荷兰立刻就改变了它的法律,我们中国还有欧洲、英国等等都改变了。对这样的一个群体,我们会把他们的出生证改为性别认同的这个身份,我们国家目前也是这么做的。

        这是我们组自己的研究,是近期的一个研究,我们注意到大家都是在老年的过程中,有一群人就是得了阿尔茨海默病,但还有一群人到了80、90岁,我今天还听到有100多岁没有痴呆,头脑好使的很什么原因?所以我们就建立了死亡后的认知功能正常的这些人的队列,有男性,有女性。然后我们发现大脑的内嗅皮层,这个皮层和海马很近,海马就是管我们近期记忆,并且把近期记忆传到长期记忆去的一个脑区,内嗅皮层就在它的旁边,而且和海马一起都是大脑中最早发生可以导致认知功能下降的,阿尔兹海默病病理蛋白的区域,所以我们就要看为什么是这个脑区。

        第二在认知功能一直保持完好的这些老年人中发生了什么?我们的初步发现很有意思,有性别差异。老太太们,如果你想在整个的衰老过程中,保持认知功能完好,你的脑区是激活的,这些人不是故意去激活的,但是它有这个特征,它的活性在不断地随着年龄的增加而增加,它的一个性甾体,实际上这是一个脑中对神经元活性非常重要的系统,也是在激活。那么老爷爷们就保持稳定,注意也不能往下降,至少要保持稳定,但是好像没有特别的用力,所以这是一个性别差异,因为当女性有这么一个特征的时候,事实上病理蛋白也在悄悄的累积,但是它就越不过那个关,向别的地方广泛传播,导致你认知功能下降。

        我们接下来的研究,是我们要看怎么样让一个人认知功能,从好降下来的,这就是我们正在做的科研。所以有这样的死亡后的人脑组织的队列就非常方便,我们去探究这个问题,所以我们非常感谢这些捐脑者。

        为了解决人脑疾病,就需要科学家们去研究疾病的人脑和对照者的大脑,因此就需要建设中国人脑库。我们应该有自己的脑库,因为我们的大脑很可能有我们自己的遗传背景和生活环境的特征。迄今为止,我们浙江大学的国家健康和疾病人脑组织库已经收到了596例的全脑捐赠,已经为国内的80个课题组提供了8000余份研究样本,有很好的一些发现发表。北京也有协和医学院是国家发育于功能人脑组织库,事实上我们在做同样的事,只是要求大家名字不要完全重复,那么他们也收集到了800多例捐献的样本。

        您可能会说我们将近600例,很好够了,对吧?我想告诉大家并不够,我刚才提到的荷兰这么小的一个国家,现在已经接近8000例。我们的建设过程中,如果说遇到一些困难,其实是民众观念的一些阻碍,因为很多的老规矩,死要完尸对吧?即使是去火化,我也希望什么都不少,然而陈旧的观念正在改变。大家知道现在这个器官移植,遗体捐献,器官捐献在我们国家已经立法,它已经是合法的合规的已经管理起来,我们的主张就是活就好好的活,快快乐乐的活。但是去世以后,如果说是火葬或者土葬,大脑就没了,当然我们今后的肉体最后骨骼也就没了。如果您把大脑能够在去世后捐献出来,他应该被视为一个对未来子孙乃至全人类的一个贡献。用我们老百姓的话说,这就是更长久,或者说大脑好像重生了。

        这是我们脑库的宣传册,这里面介绍了一下联系的方式。大家看我们另外圈出来的一个注意事项,首先我的身体我做主,我的器官我做主,大脑也是一个非常重要的器官组织,那么一定要有捐献的知情同意书,这个事绝对是公开透明去做的。

        第二点一定要在知情同意书里,同意脑库以匿名的隐私保护的方式收集你的生前病史,因为它包括了你用过什么药,这些都将以严格隐私保护的方式发送给科学家研究,因为科学家拿到的就是一个代号,但是他不知道您的姓名,您的其他信息。

        然后大脑是全身所有组织器官中,在去世后自融的最快的组织,用老百姓的话说就是慢慢就化掉了。由于我们的脑库仅仅是为了科研,我们只想把它处理好,诊断清楚,然后发送给那么多在申请的科学家去研究,因此我们把这个时间定在12小时以内,也就是说由医生或者社区或者公安司法等等宣布死亡,我们脑库负责全年365天,每天24小时待命。也就是说如果发生了有人去世,他又填写过知情同意书,那么就会由他的至亲亲属,或者是他的监护人给我们脑库打电话,我们就会立即派车去接遗体过来到脑库取脑,取脑的过程是很快的,大约半小时之内就可以完成。我们洗头、吹干等等,遗容遗貌都是得非常好,最后我们会根据家属的同意将其姓名镌刻在无语良师碑上。我们学校的校园里就有一块无语良师碑,为的是医学生、老师们、民众们和家属们能够去缅怀。

        所以面对这样复杂的,我们称之为小宇宙,也叫三磅宇宙。脑科学家们的路当然是困难重重,但是科学家们都为之着迷,而且有信心,有朝一日一定要征服它们这些疾病。你去研究死亡后的大脑,就有点像一个侦探走进一个死亡现场,你要根据这里留下的蛛丝马迹,血液或者是指纹等等,去推理去还原他生前发生过什么。所以这个病史也很重要,然后又因为每个大脑都有自己的不同点或者叫独特之处,一个大脑是不可以,几个也不行,必须是一代又一代人的接力,让这个数量达到一定程度,我们就终于理解了,这个疾病的原因到底是什么,然后方法也就会随之而生。

        因此可以说,我们想象中是一两代的科学家和无语良师们得接力去完成这件事,但是基于我们国家是一个人口大国,基于我们的科学家们是那么的勤奋,那么的有信心,有勇气去做,我们还是觉得我们可以加速这个过程,绝不可能走在世界的后面的,所以我想用镌刻在无语良师碑上的这样的一些话,来向大爱捐献者致敬。

        他们无论性别与年龄,无论平凡或卓越,他们都是传道授业的无语良师,他们虽然不言不语,却教于莘莘学子洞开生命之谜的密钥。他们虽然不言不语,却给予无数患者摆脱病魔的康复之音。

        我还想致敬那些全年无休的在等着工作的中国脑库的建设者们,请注意每一个省份都有,甚至逐渐的到了城市了,因为去世后我们要以极快的时间收集到大脑,所以全国脑库的建设者也在齐心协力,遵循统一的工作标准,统一的诊断标准,试图尽快的解决这些人脑疾病,谢谢大家。