《三体》编审执行人体冷冻手术,理论与技术解析

“妈妈,你沉睡在大地零下 100 多度的低温里。再见面,最短也是 50 年以后。虽然这是科学家给出的预言,预言也有可能落空,实验也可能失败。但,总还有希望不是吗?妈妈,我们最后一刻也没有放弃,不是吗?”

女孩在母亲去世之后深情而奇特的表白

杜虹:重庆市知名儿童文学作家,她还有一个不为人知的身份:《三体》的编审 Alcor:世界最大的人体冷冻组织

2015 年 5 月 30 日下午 5 时许,61 岁的胰腺癌患者杜虹躺在病床上,已进入弥留阶段。

隔壁房间,两名来自 Alcor 的外科医生已经等待了 8 个小时,事实上,他们从 5 月 19 日开始就在为这一刻待命了。

下午 5 时 40 分,杜虹平静地离开了人世。两名美国医生第一时间向杜虹体内注射了抗凝剂、抗菌药物、抗血栓药物,防止血液凝固,并用特制设备按压心脏,保证血液继续循环。

随后,杜虹的遗体被放入装有冰块的木质棺材中,迅速转移到手术地点,耗时约 1 小时。接下来是灌流,由于人体细胞中含有大量水分,冰冻过程中水分凝固会形成冰晶,极易刺破细胞,造成巨大伤害,所以冰冻技术的要点是使用冰点更低、不容易结晶的保护液代替水分,达到脱水的效果。

美国医生首先用稀释过的保护液,逐步替换遗体中残留的血液。随后,使用仪器打开遗体颈部的总动脉和总静脉,形成一个液体输入的回路,输入保护液,随后开始重头戏——替换头部残留的血液。

替换过程比较漫长,医生会逐步加大保护液的浓度,从动脉输进头部。当人体内保护液浓度达到遗体保存要求后,继续监测静脉输出液体中保护液的浓度,当输出液体的保护液浓度与输入浓度一致时,表示头部水分已完全被替代。

灌流超过 4 个小时,整个过程需要在冰冻低温接近 0 摄氏度的情况下完成。此后需要将遗体进一步降温。工作人员使用 -60℃ 的干冰对遗体逐步降温,最终将遗体保存在一个 -40℃ 左右的冰棺当中。至此,遗体冰冻的初步流程完成。

如今,杜虹的遗体已在美国洛杉矶完成了冰冻。根据 Alcor 工作人员介绍,杜虹遗体的处理十分成功,在受损很小的情况下,已通过液氮保存在零下 196℃ 的环境中。

在此后的漫长岁月中,工作人员将按期添加液氮,保证杜虹的头部长期保存。按 Alcor 科学家的乐观估计,50 年后的科学技术也许就能让杜虹解冻头部、再造身体,也就是......

复活。

冷冻技术的发展

杜虹是中国首例冷冻人,但就世界范围来说,这样的冷冻人数量已经超过 1000 例。这些人都是在生物死亡的时候,采取冷冻手段进行液氮保存。这次杜虹的冷冻实施方 Alcor 是众多人体冷冻组织中规模最大的一个,它成立于 1972 年,至今已经有 43 年历史。

在这 43 年间,冷冻技术也在不断进化。最早的时候冷冻手术会带来大量的冷冻损伤,但现在已经基本实现无损保存。

图1:1992年前,经3摩尔甘油处理后脑组织的冷冻损伤。从这幅光显微镜下的照片可以看出,在冷冻状态下的“冻结替代”造成了大量冰晶破坏。

图2:1992年前,经过4摩尔甘油处理后的脑组织的冷冻损伤。从这幅电子显微镜照片可以看到解冻后,毛细血管周围的裂缝和一个没有细胞膜的裸露的细胞核(深色圆形物体)。由此看来,冻-融组织中的损伤似乎比冷冻状态下的组织损伤小。

图3:1992-2001年,7.5摩尔甘油处理后,脑组织中的冷冻损伤。从这幅电子显微镜照片可以看到解冻后,毛细血管周围存在裂缝,但在其他结构都保存完好。由此看来,冰损伤在大脑中间隔出现,但绝大多数区域无冰。

图4:今天,采用现代玻璃化溶液保存脑组织几乎没有冷冻损坏。整个神经元清晰可见,细胞膜完好无损,结构明确可辨。

到了 2001 年,Alcor 在器官保存领域取得了重大突破,实现了无冰保存(玻璃化)人类大脑,可以将人脑的物理基础保存非常长的时间。玻璃化的过程要将部分细胞中的水用保护液代替,从而防止冰体的形成。

Alcor 逐渐扩大了无冰保存的范围,不仅实现大脑的玻璃化,还要实现整个人体的玻璃化。Alcor 也在努力证实玻璃化过程的可逆性,而如果理论上能证实,那么未来科技就有很大可能复活这些冰冻的人类。

所以才会有那么多人热衷于人体冷冻。Facebook 的天使投资人,《从 0 到 1》的作者 Peter Thile,还给两家人体冷冻保存的技术公司提供了种子轮基金。

人体冷冻理论尚未成熟

这么多科学家、投资人以及志愿者参与到人体冷冻,并非是因为科学理论的成熟。关于人体冷冻和复活的科学研究,现在还处于非常初级的地步。

但是在很多琐碎的实例中,他们看到了人体冷冻、复活的可能性。这就像偶然发现电磁感应现象的法拉第,当时虽然不知道什么回事,但坚信这是新的发现,最终在 10 年后提出了电磁感应定律。

《医用生理学教科材》(1986)

“众所周知,二级记忆并不是由神经系统的持续活动决定的。因为通过全身麻醉、组织缺氧、局部缺血或者其他方法,大脑能被完全灭活。而在大脑被再次激活之时,之前存储在大脑的二级记忆能够保留下来。因此,必须通过对神经突触进行实际修改(无论是物理方法还是化学方法)才能得到或改变二级记忆。”

《冷泉港实验室生物学展望》2012

程序性记忆和陈述性记忆(Procedural and declarative memories)有天壤之别。二者所采用的逻辑(无意识/有意识记忆)不同,且它们在大脑的存储位置各异。尽管程序性记忆和陈述性记忆存储过程不同,但二者部分分子步骤和全部的分子逻辑却有着相似之处。二者的形成至少需要两步:第一个过程中不需要对新的蛋白质进行合成,第二个过程中需要新的蛋白质进行合成。二者的短期记忆都包括对先前存在的蛋白质的共价修饰,并改变原有突触连接的强度;相反的是,长期记忆要求对新的蛋白质进行合成,并增加新的突触连接。而且,长、短期记忆都用到蛋白激酶 A(PKA)、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)、CREB-1,为将短期记忆转化为长期记忆提供信号路径。最终,长、短期记忆的突触开始发生形态改变,并稳定长期记忆。

《医学时光之旅》

当采用深度冷冻法仅仅是减慢一些生物过程时,其他的就会完全停止。大脑活动是一个很重要的例子。脑电活动通常在温度低于+18°C(64°F)时停止,并在接近凝固温度时的任何情况下完全消失。但是达到这些温度的人仍然能够救活。实际上,不仅大脑存活能够被关闭,外科医生还经常在温度不能独立达到效果时,使用药物来强制关闭大脑。他们这么做是因为如果血液循环停止时大脑仍在活动,重要的能量储存就会枯竭,之后导致死亡。这提醒我们死亡不是指生命被关闭的时候,死亡指的是生命化学被不可逆的损伤的时候。

专业手术不仅是指那些大脑能够停止工作,过一时间再重新启动的手术。正常体温时,简单的心搏停止(心跳停止)也会引起脑电活动停止少于 40 秒的时间。而且心脏仍然可以重复几次这么长时间的停止,而不会带来长久的伤害。巴比妥类药物等麻醉药能够在允许后期恢复的情况下将 EEG(脑电活动)停止数小时之久。对于大脑活动延长的药物性消除偶尔会用于治疗颅脑损伤。在经历这些昏迷之后,患者不会变为空白。显然,人类不需要像电脑芯片一样持续运行。大脑将长期记忆保持在实体构造之中,而不是以短暂的电模式保存。

也许大脑完全停止而后又重新启动的最极端例子是《自然》杂志及其他出版物于 1966 年和 1974 年报道的 Isamu Suda 试验。Suda 展示了猫脑在 -20°C (-4°F)冷冻条件下保存了七年之久又重新用温暖血液复苏之后恢复的脑电活动。

所有脑电活动停止的可逆试验中,化学都进入停滞状态,反驳了 19 世纪所说的生物体内存在“生命火花”的理论。生命即化学。而当对于化学进行充分保护时,这就是生命。当人的化学被充分保护时,这就是人本身。

Suda 冷冻的猫脑随着时间变质。五天后解冻的大脑所显示的 EEG 形式几乎与冷冻之前得到的 EEG 图像完全相同。但是七年之后解冻的大脑活动则有了显著减慢。-20 C 温度下,液体水仍然存在于冰晶间的浓缩液中。这种低温液体中仍然缓慢发生着化学变质。

将生命化学无限期保存需要低至 -130°C (-200°F)的冷却。在这个温度之下,冰晶间所有其他未冻液体经历了一个“玻璃化”过程。分子变得通过弱氢键依附于临近分子。分子只是在一个地方振动,不会四处窜动。在没有自由移动分子的情况下,所有化学过程都会停止。

冷冻人的信仰

这些都不是完整的科学证据,但它们是科学大厦的一角。这揭示了一种可能性,只要肉体和大脑保存良好,说不定哪天真能复活。过去的一百年也在不断的重新定义“死亡”。

一百年前,心脏骤停是不可逆转的。当一个人心脏停止跳动的时候,人们就认定他死了。而在今天,我们认为死亡发生在心脏停止跳动的 4 到 6 分钟后,因为几分钟后已经很难将大脑复苏了。 然而,在新的实验性治疗中,即是超过 10 分钟的暖心脏骤停,仍然可以复苏并不会造成任何大脑损伤。如果未来的技术可以实现分子级的修复,那么即使心脏骤停时间的超过 60 分钟,也很可能实现复苏。

这就好比写满字的一张纸,即便你撕得非常碎,只要记录好彼此的空间位置,并且通过很细微的操作进行“复活”,那么你还是能得到纸上的信息。但如果把纸放到火堆里焚烧,那么这个过程就是不可逆,这张纸正式宣告死亡。

生命也是这个道理,随着科技的进步,生命体征的消失也许不意味着真正的死亡。通过冷冻技术维持生物体的细胞、突触之间的联系,也许就会像撕碎的纸一样,未来哪天可以实现复活操作。

这些冷冻信仰者们,在致力于保护好身体和细胞结构,等待重生的召唤。

原文发布于微信公众号 - 新智元(AI_era)

原文发表时间:2015-09-18

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