一個人如果只有半個大腦會怎樣？

答案不可思議，只有半個大腦的人仍然能夠像正常人一樣，擁有基本的生活和認知能力。

近日，美國加州理工學(xué)院的研究人員對 6 名只有半個大腦的成年人進行了深入研究。這 6 名研究對象在童年時期因癲癇治療而切除了一側(cè)大腦半球，通過對這些看似正常人的患者進行腦部磁共振（MRI）掃描成像，結(jié)果發(fā)現(xiàn)切除了半個大腦的患者之所以能夠維持正常的生活能力，是因為這些人的大腦剩余部分能夠進行自適應(yīng)調(diào)整，在不同功能的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之間形成了異常強烈的神經(jīng)連接。

也就是說，這些只有半個大腦的人，進行自我調(diào)整后有著更強的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)連接，僅用半個大腦就可以實現(xiàn)完整大腦的基本功能，從而保障了這些患者的正常生活能力，包括完整或基本的語言、視覺、運動、情緒和認知等功能。

圖 | 大腦半球切除術(shù)患者 MRI 掃描圖像（來源：Caltech Brain Imaging Center）

完整研究結(jié)果于 2019 年 11 月 19 日發(fā)表在《細胞報告》（Cell Reports）雜志上。

加州理工學(xué)院博士后、研究論文第一作者 Dorit Kliemann 說，“我們研究的大腦半球切除術(shù)患者，他們的大腦都保持著的令人驚訝的‘高’功能，他們擁有完整的語言技能，當(dāng)我把他們放進 MRI 掃描儀時，我們還進行了簡短的交談，就像我掃描過的其他正常人一樣。當(dāng)你第一次見到他們時，你也幾乎不會意識他們的真實情況。但當(dāng)我坐在電腦前，看到這些 MRI 圖像顯示出他們只擁有半個大腦時，還是讓我感到不可思議，無法想象這些半腦圖像就來自我剛才看到的能夠正常說話和走路的那個人?！?/p>

美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué) (Carnegie Mellon University) 的認知神經(jīng)學(xué)家 Marlene Behrmann 評價道，“這就像你需要樂隊里所有不同的成員一起演奏，才能演奏出同步、連貫的音樂。而現(xiàn)在就像是大腦中原本專門負責(zé)吹小號的部分，與樂隊的其他成員進行了交流，并承擔(dān)了演奏打擊樂器的額外責(zé)任。這些人的大腦網(wǎng)絡(luò)似乎是多任務(wù)的。”

只有半個大腦的人

大腦半球切除術(shù)（Hemispherectomy）是一種主要適用于兒童頑固性癲癇的外科手術(shù)，涉及全部或部分切除患病的大腦半球或使患病的大腦半球與未患病側(cè)斷開連接。

1928 年，世界上首例大腦半球切除由 Walter Dandy 為治療惡性腦瘤而完成；后來，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)大腦半球切除術(shù)在患有大腦畸形、頑固性癲癇或只對一半大腦造成損害的疾病的兒童身上也能夠適用，1938 年 Mckenzie 報道了首例切除大腦半球來治療嬰兒偏癱伴頑固性癲癇，術(shù)后癲癇發(fā)作停止，行為改善，偏癱未加重。

讓人驚訝的是，許多接受了大腦半球切除術(shù)的孩子，不僅惡性疾病得到了治療，而且能夠恢復(fù)正常走路、說話、閱讀等大腦功能，具備日常工作和生活能力。

據(jù) 2013 年的一項研究，通過回顧性研究 1997 年至 2009 年之間進行過半球切除術(shù)的 186 名兒童歷史數(shù)據(jù)和分析這些兒童長期功能結(jié)局，發(fā)現(xiàn) 83％的患者術(shù)后能夠獨立行走，70％的患者擁有令人滿意的口語能力，而且大約有 20% 的患者在成年后找到了有收入的工作。

圖 | 大腦半球切除術(shù)（來源：clevelandclinic.org）

“有時候一個非常小的大腦損傷，比如中風(fēng)、自行車事故或腦瘤手術(shù)這樣的創(chuàng)傷性腦損傷，都會產(chǎn)生毀滅性的影響。但值得注意的是，有些人即使只有半個大腦也能存活?！盞liemann 說，“大腦的可塑性非常強。它可以彌補大腦結(jié)構(gòu)的巨大損失，在某些情況下，剩下的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以支持幾乎常規(guī)的認知功能?！?/p>

在最新的加州理工學(xué)院大腦半球切除術(shù)研究項目，研究人員試圖理解大腦神奇“重組”的原理，以期望找到更加針對性的干預(yù)策略，來幫助更多的腦損傷患者。

在該研究中，所有 6 名參與者都是 20 多歲和 30 歲出頭的成年人，但他們接受大腦半球切除術(shù)手術(shù)的年齡范圍很廣，從 3 個月到 11 歲不等，這也讓研究人員得以深入研究不同受傷時期的大腦是如何自我重組的。

除了 6 名接受過大腦半球切除手術(shù)的成年人外，該研究參與者還包括 6 名對照組成員，他們被要求躺在磁共振掃描儀中，保持放松，但盡量不要睡著，并跟蹤他們的大腦活動。

圖 | 6 名接受過大腦半球切除術(shù)的患者大腦 MRI 圖像（來源：Cell Reports）

研究人員還觀察了大腦中控制視覺、運動、情緒和認知的區(qū)域神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，還將加州理工學(xué)院腦成像中心收集到的數(shù)據(jù)與大腦基因組學(xué)超級結(jié)構(gòu)項目 (Brain Genomics Superstruct Project) 中約 1500 個典型大腦的數(shù)據(jù)庫進行了比較。

研究人員表示，他們以為可能會發(fā)現(xiàn)只有一個大腦半球的人在特定的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中連接會較弱，因為許多這樣的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通常涉及正常人的兩個大腦半球。但沒想到的是，他們發(fā)現(xiàn)了令人驚訝的正常的全腦連接，以及比不同區(qū)域網(wǎng)絡(luò)之間的控制更強的神經(jīng)連接。

研究結(jié)果顯示，在接受過大腦半球切除手術(shù)的 6 名患者中，7 個大腦分系統(tǒng)似乎都工作正常，而且這些大腦系統(tǒng)之間的連接甚至比六個大腦完整的對照組受試者之間的連接還要強。例如，大腦中控制行走的部分似乎比功能正常的大腦更頻繁地與控制說話的部分進行交流。

研究人員猜測，這種比正常情況下更強的神經(jīng)連接，可能有助于解釋這些術(shù)后大腦是如何彌補缺失部分的功能。

不可思議的大腦

加州理工學(xué)院認知神經(jīng)學(xué)家、該研究的作者之一 Ralph Adolphs 說，“每當(dāng)我們看到他們的腦部掃描圖時，我們都會感嘆，‘哇，這個大腦不應(yīng)該能夠工作?！绻粋€系統(tǒng)，它有很多部分，它們的功能相互依賴，比如心臟，你把它分成兩半，它就不會工作。你把我的筆記本電腦切成兩半，它就壞了?！?/p>

大多數(shù)大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)使用兩個半球來運作。例如，面部識別涉及大腦皮層的兩側(cè)，其它的技能，比如移動四肢的能力，則是由大腦的兩邊來處理的，右半球控制身體左側(cè)的運動，而左半球控制右臂和右腿。

但是研究人員發(fā)現(xiàn)，雖然只有一個大腦半球的個體之間的神經(jīng)連接類型保持不變，但負責(zé)處理感覺運動信息、視覺、注意力和社交暗示的不同區(qū)域加強了現(xiàn)有的聯(lián)系，與普通大腦相比，它們之間的交流更加頻繁。

Kliemann 表示，“盡管失去了整個大腦半球，但我們發(fā)現(xiàn)了與擁有兩個半球的健康大腦相同的主要大腦網(wǎng)絡(luò)?！边@些患者的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)本身看起來沒有異常，但所有 6 名患者的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)連接水平都有所提高，似乎這些神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)正在進行更多的合作。

這一結(jié)果對研究人員來說都是鼓舞人心的，對于大腦在半球切除術(shù)后是如何適應(yīng)和重組的了解，可能會帶來讓人們從常見的腦損傷中加速恢復(fù)的新方法。

接下來，研究人員希望復(fù)制和擴展這項研究，以便更好地了解大腦如何發(fā)展、如何組織自己，以及如何在具有廣泛的大腦非典型性的個體中發(fā)揮作用。

當(dāng)然，該研究對于許多仍在忍受癲癇折磨的兒童患者和家屬來說，來也帶來了巨大的希望和鼓勵。

圖 | 只有一半大腦的患者，可以具備正常人的基本生活能力（來源：YouTube）

“我認為有越來越多的證據(jù)表明，大腦可塑性是一種持久的現(xiàn)象?！笨死蛱m診所 (Cleveland Clinic) 的兒科神經(jīng)學(xué)家 Ajay Gupta 博士說。

一直以來，科學(xué)界的共識是大腦半球切除手術(shù)最好在兒童 4、5 歲之前進行。這樣，隨著年齡的增長他們可以恢復(fù)正常的功能。Gupta 表示，雖然神經(jīng)可塑性在幼兒時期更強，但新的研究表明，治療手術(shù)不應(yīng)該被設(shè)置任何的截止日期。

“在患者接受治療之前，另一個半球已經(jīng)不得不承擔(dān)額外的責(zé)任?！奔又堇砉W(xué)院的神經(jīng)學(xué)家、該研究的合著者 Lynn Paul 說，“當(dāng)你取出受損的大腦半球時，它還會繼續(xù)這樣做。所以我們真正想要的是保護起作用的半球?！?/p>

當(dāng)然，8 小時的手術(shù)并非沒有風(fēng)險。Gupta 表示，手術(shù)必須小心地切除腦組織，一次切一部分，即使只留下一小塊組織，也可能最終導(dǎo)致癲癇再次發(fā)作，影響大腦的健康部分，還有持續(xù)頭痛和腦部積液的風(fēng)險。

手術(shù)后，這些兒童切除大腦半球?qū)?cè)的手臂會明顯變?nèi)?，手術(shù)側(cè)的視覺會受到阻礙，也會失去一些識別聲音來源的能力?！坝行┦虑榇_實需要更高水平的恢復(fù)和學(xué)習(xí)。比如，閱讀、寫作和數(shù)學(xué)。”Gupta 博士說。

值得提到的是，這項研究的部分資金來自一個非盈利組織 (brain recovery project)，該組織的創(chuàng)始人之一 Monika Jones 夫人，其第一個兒子 Henry 出生后不久患有一種罕見的神經(jīng)疾病，使得他的大腦一側(cè)異常巨大，每天要忍受數(shù)百次癲癇發(fā)作。Henry 從 3 個半月大的時候開始，就經(jīng)歷了幾次手術(shù)，最終在 3 歲的時候，Henry 進行了半腦切除手術(shù)。

Monika Jones 夫人和她的丈夫建立這個組織，也是為了支持那些需要通過手術(shù)來阻止癲癇發(fā)作的人。而這項研究的發(fā)現(xiàn)，也有望為那些想要在兒童早期進行半腦切除術(shù)的人提供鼓勵。

Jones 希望進一步的研究，以及隨著時間的推移跟蹤更多的病人，將有助于研究人員了解大腦如何發(fā)展和組織自己，這些信息也可以幫助為大范圍的腦損傷和疾病患者提供有針對性的干預(yù)措施。

來源：MIT科技評論