移植頭部，目前雖然不可行，但未來可不一定

2015年2月，來自義大利都靈的神經學家塞爾吉奧·卡納維洛對外宣稱，人頭移植的障礙主要是脊髓融合和免疫排斥，目前的醫學技術已經完全可以克服，他計劃將在未來的兩年內進行世界上首例人頭移植手術。

天馬行空的人頭移植方案

早在2013年這位神經學家就公開發表了他的這一計劃，與日前發表在印度出版的Surgical Neurology International上有關技術摘要，他的人頭移植的方案和步驟並無重大進展，主要包括：

不同於通常的器官移植，受者（具有健康大腦，患有嚴重軀體疾病比如象霍金那樣的「漸凍人」或者高位截癱患者等）和供者（軀體健康的腦死亡者）從生理學角度說必須都是活人。

兩人被安排在同一間手術室內，在深低溫（人體核心溫度降到12~15℃）和麻醉狀態下雙雙從頸部斬頭。對於頸部的血管和肌肉進行精心解剖，而脊髓需要用異常鋒利的刀非常整齊的切斷。

然後，將受者的頭和供者的軀體的頸部斷面放置在一起，頸椎斷端進行固定，血管和肌肉進行吻合。關鍵的脊髓的兩個整齊斷面直接對齊，用一種被稱為聚乙二醇的膜融合劑進行灌注，隨後根據情況還需要用這種「生物粘合劑」進行注射，這種方法被稱為脊髓融合。

他認為成功的關鍵是從兩人被斬頭到換頭成功的時間必須控制在1小時之內，從而最大限度縮短受者腦和供者身體缺血缺氧的時間。

在接下來的3~4周內，頭與軀體重建的這位「新人」將被控制在昏迷狀態下，以防止運動，等待頸部的癒合。脊髓會被植入電極定期進行電刺激，據說這樣可以促進神經再生和連接。

卡納維洛預計，等到這個新生命被喚醒後，他的頭面部感覺和運動將會恢復，而且說話的聲音也與之前一樣。在接受持續1年的物理治療後，這個新人將能夠恢復行走。

頭移植的歷史

頭移植並非新鮮話題，早在上世紀的1954年，前蘇聯科學家Vladimir Demikhov就將一條小狗的頭連同前肢和部分胸部移植到一條大狗的頸背部，「成功」製造了「雙頭狗」。兩個狗頭都可以獨立看東西和運動。

前蘇聯科學家完成的雙頭狗實驗

第一次實驗雙頭狗活了4天，總共的24次實驗中，這些雙頭狗分別存活2~6天。

在那個唯蘇聯老大哥馬首是瞻的年代，我國醫學界自然不甘落後，紛紛跟進雙頭狗製造實驗。其中哈爾濱醫科大學的的趙士傑於1956年創造了雙頭狗存活5天零4小時的國內最好記錄，並以具有時代色彩的「懷雄心立大志 攀登科學高峰 哈爾濱醫科大學附屬第二醫院實驗狗頭移植術成功」標題發表在1960年第二期的《黑龍江醫藥）雜誌上。

1965年，美國科學家羅伯特·懷特將取自一條狗的腦袋移植到另一條狗的脖子上，製造了雙腦狗。

1970年，懷特第一次「成功」進行了世界上首例「真正」的頭移植手術，將一顆猴頭移植到另一隻無頭的軀體上。術後猴頭感覺運動恢復，甚至差點咬到實驗者的手，但是軀體的感覺、運動完全不存在，僅僅依靠呼吸機維持了9天的生命，最終死於排異反應。

以上這些實驗，事實上均不能算是真正的頭移植，因為都僅僅是受者的軀體為移植的頭暫時性的提供了生命支持，均沒有涉及脊髓神經嫁接和功能重建，移植的頭和軀體之間根本不可能建立神經聯繫，更不可能能恢復神經功能聯繫。

雙頭狗移植的組織結構示意

為什麼說卡納維洛方案是天馬行空？

現代外科技術的發展，脊椎融合固定、血管和肌肉早已是常規成熟技術，人頭移植的關鍵難題就在於受者和供者之間的神經連接和功能的重建。

卡納維洛方案恰恰以輕描淡寫來迴避了這一關鍵問題。他的方案中所謂的脊髓融合僅僅是指用鋒利刀片整齊切斷脊髓，並將受者和供者的脊髓斷面簡單對合在一起，並試圖用所謂的聚乙二醇這種膜融合劑來進行粘合。並異想天開地「預計」，1年後就可以恢復行走，這是不現實的。

當有採訪者對此提出質疑時，卡納維洛轉而又稱，如果聚乙二醇脊髓融合方案不可行，那麼可以嘗試採用嘗試神經幹細胞或嗅鞘幹細胞局部注射的方法來促進神經軸突的再生和功能重建。

由此可見，卡納維洛自己承認了他的「胸有成竹」計劃的不可靠性。

頭移植、軀體移植或頭腦軀體重建？

事實上，不同於一般的器官移植術，假設手術真的獲得成功，這個新人的自我意識認知是屬於該頭腦的貢獻者，那麼，頭腦的貢獻者才是受者，而軀體只能是提供生命支持的供者。因此，該手術被稱為頭移植是不正確的，嚴謹一點更應該被命名為軀體移植或頭腦軀體重建。

為什麼說人頭移植目前不具可行性

無論以什麼來命名，按著目前一般器官移植的標準來衡量，所謂成功應該包括兩個方面，存活和功能重建或恢復。比如，去年挪威宣布世界上首例子宮移植術成功，是因為該移植子宮成功孕育並誕生了首例移植子宮嬰兒。

頭移植的關鍵在於解決脊髓神經的結構和功能的重建，恢復大腦自身的功能以及對於新軀體的支配和調節。在可以預見的很長一段時間內很難實現。

腦功能

神經系統分為中樞神經（腦和脊髓）和外周神經系統兩部分。

腦功能大致可以包括1）大腦新皮層高級功能，包括自我意識、認知、記憶、個性體現等。這些功能腦組織單獨可以實現。2）感知功能，通過傳入神經接受身體各種感覺信號，比如視覺、聽覺、皮膚觸覺痛溫覺、骨關節肌肉本體覺和位置覺、內臟牽拉痛覺等，這些依賴周圍傳入神經與腦之間的聯繫。3）支配運動功能，需要腦信號通過傳出神經傳遞到軀體執行組織和器官。4）內臟包括內分泌器官功能的調節，途徑主要是通過以上傳入傳出神經中的植物神經纖維，以及神經內分泌機制。

也就是說，除了大腦的高級功能外，其他幾項功能都必須通過腦與外周神經系統的聯繫來完成，其中涉及軀體的部分必須經過脊髓作為「橋樑」。

脊髓

脊髓是連接大腦和身體外周神經系統神經組織，其中被稱為灰質的部分是一些中繼性神經元，而白質部部分就是神經元軸突組成的神經纖維，對應於感知、運動和內臟調節功能分別為上行傳入神經和下行傳出神經。

神經功能通常高度分化和十分精準，比如你用並列在一起的兩個針刺激皮膚就會產生不同部位觸覺，如果刺激強度達到傷害性程度，由產生疼痛感覺。這些都是由不同感受器感知，通過編碼為電信號沿著不同的神經傳入纖維經過複雜的中繼，最終傳入大腦，經過腦分析、綜合才產生部位、性質、強度等感覺判斷。

因此，神經纖維就如同有線通訊的光纜，數量巨大、各自分別精準傳輸，相互間通常不能產生干擾，而脊髓尤其是頸部脊髓，就如同全國的所有通訊光纜集中在一個狹窄的通道內。

卡納維洛方案的所謂脊髓融合方案無異於將光纜切斷，然後將兩個斷端湊在一起用一種化學膠水粘合，完全不可能建立通訊聯繫，更別指望正確和精準的信號傳輸。

神經再生

神經纖維與光纖不同的是，光纖即便被切斷，兩個斷端之間雖然聯繫中斷，但是結構並不會被破壞。

神經纖維是神經元的軸突構成的具有活性的細胞部分，一旦被切斷遠端軸突將會發生崩解，近端軸突雖然具有一定再生能力，但是相對於其他組織而言這種能力很弱，生長緩慢。

更為重要的是，近端再生的軸突必須正確的與遠端對接長入，完全修復，才可能恢復正常功能。

遺憾的是，神經軸突的再生缺乏導航機制，完全再生並正確對接幾乎是不可能的。更，局部還可以形成疤痕來阻止原本很艱難的神經再生。

這也是為什麼神經一旦損傷，即使採用顯微外科技術進行神經吻合，通常神經功能也難以重建的，至少不可能完全重建的原因。

更要命的是，神經組織中除了神經元和其突起外，90%的細胞是起支持營養作用的神經膠質細胞，周圍神經和中樞神經組織中的膠質細胞是不同的，前者是一種叫雪旺氏細胞的細胞，唯一功能是產生形成神經的原料髓磷脂，不產生抑制軸突再生的物質。

相反，中樞神經組織中的膠質細胞有兩種分別為少突膠質細胞和星形膠質細胞，均產生抑制軸突再生的化學因子，加之其他的一些因素，中樞神經系統的神經軸突基本上缺乏再生能力（雖然不是完全缺乏）。

中樞神經軸突再生抑制是符合生命邏輯的，如果可以活躍再生，中樞神經一旦損傷如野草般再生的神經聯繫必然導致人體司令部內部「天下大亂」。

脊髓屬於中樞神經系統，而頭移植脊髓斷端神經重建又恰恰主要就是神經纖維即軸突的嫁接和再生問題。

卡納維洛方案中單純依賴局部使用聚乙二醇來實現脊髓融合和功能重建，是不可行的。

神經元及其樹狀突起和軸突結構示意

幹細胞技術

卡納維洛的脊髓融合遭到質疑後，他求諸於幹細胞技術以解尷尬。那麼幹細胞技術能幫助實現脊髓的結構和功能的重建嗎？

迄今僅有極少數動物實驗資料可供參考。2014年Neuron雜誌上的報告的來自美國加州大學醫學院的實驗中，利用取自一位86歲老年男子皮膚細胞誘導轉化的神經幹細胞注射到被切斷脊髓大鼠3個月後，發現損傷移植部位有大量成熟的神經元再生，其軸突遠距離生長，甚至延伸到大腦。軸突穿越損傷組織並與大鼠神經元產生連接。同樣的，大鼠神經元軸突也穿入移植物和細胞形成大量的連接，但是卻沒有發現功能恢復。

也就是說，雖然是一種可以幫助脊髓神經再生的潛力技術，但是僅僅是動物實驗的初步結果，而且也沒有發現功能重建跡象。

因此，雖然並非一種可用於人體的成熟的可行的技術，而且象脊髓完全切斷的頭移植而言，幹細胞再生神經元需要與近端和遠端的神經纖維同時建立正確的橋接聯繫，很難實現完整神經功能重建。

但是，這種方法畢竟實現了神經再生，為脊髓功能重建帶來一縷曙光。

圖示人類誘導多能幹細胞源性神經元移植三個月後，人類神經元軸突生長進入成年大鼠宿主脊髓損傷的白質和灰質的情況。綠色熒光蛋白為人源性移植神經元軸突，髓鞘（紅色部分）為宿主大鼠脊髓白質

其他難題

倫理問題：人頭移植必然遭遇前所未有的倫理學挑戰，其中供者和受者均是生理學意義上的活人，手術過程的第一步事實上就是將兩個活人同時斬首，僅此一項這種手術很難被批准和接受。一旦手術失敗，手術實施者還將面臨故意殺人罪的刑事犯罪指控。

排異反應問題：人頭移植的受體和供體均是不可能接受一般的器官移植那樣的灌洗等預防排異反應的預處理，只能依賴於排異抑製藥物，很難達到理想效果。

深低溫復甦問題：目前尚沒有「解凍」被冷凍的頭部和腦組織而復活的成功先例，此前寒冷傷害復甦的成功最低人體核心體溫記錄雖然已經達到15.7℃，但是人體低溫復甦的陳功率很低。從更低的12~15℃深低溫復甦的希望不高。

綜上所述，脊髓完全切斷後期望將斷端拼接在一起而建立起完全的神經結構和功能聯繫在可以預見的未來不具有可行性。

展望

卡納維洛人頭移植方案不具有可行性並不意味著人類異體頭身重建術的完全絕望。我國哈爾濱醫科大學第一附屬醫院的任曉平醫生與國外導師一起進行了一些有益的設想，比如保留維持人類基本生命功能的腦幹的頭身重建術，至少在很大程度上可能提高軀體存活的可能性。當然手術本身也就演變成了大腦移植手術，大腦皮層與下位腦之間的神經機構和功能重建難題目前仍然難以逾越。

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