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大脑冷知识:遭遇攻击:某些部分持续恶化时,脑会做何反应

我们已经看到,即便缺失了某些部分,脑也可以适应生活,但是,如果它遭受了长期性的攻击,又该如何应付?即使是那些脑在解剖学意义上十分完整的人,也可能在某个时期遭遇变故。我们的脑可能受到许多因素的攻击,疾病或环境挑战等问题都可能严重影响其功能。有些人经历了疾病或环境挑战,脑功能迅速恶化,一部分核心功能丢失;而另一些人遭遇了同样的问题,受到的影响却似乎较小,脑功能保持良好的时间更长。为什么会这样呢?这取决于脑的哪部分受到影响吗?还是在于个人情况、年龄,甚至仅仅是运气?对原本智商较高的人来说,一旦出现问题,日常功能受损会更严重吗?如果攻击从多个角度袭来,脑的可塑性是否能够持续保护自己,或者说,持续一段时间保护自己?

我们深入考虑了面对各种形式的攻击时,脑能应对到什么样的程度。同时,也考虑了需要高效运转的脑遭遇攻击时,其应对能力对脑组织的数量和质量意味着什么。我们观察了一系列脑受到攻击、做出反应的例子,并将它们大致分为两类:一类是主要与运动功能相关的疾病,另一类则主要与认知功能相关。这种划分方式相当简单粗暴,事实上,我们关注的许多疾病可能同时影响运动和认知功能,但要探索人脑可能面临的问题,分类仍然是一种有效的途径。此外,我们还会注意到一个共同的线索:脑部萎缩。萎缩是脑部面对攻击的常见反应之一,有可能部分萎缩,也可能整体萎缩。虽然这种现象常常都能观察到,但人们还不清楚这种萎缩实际上意味着什么,也不确定它是否暗示着我们可以失去一部分脑子。

运动问题

先从主要影响运动功能的脑受损开始吧。当疾病慢慢侵蚀身体机能时,脑会做何反应?很多神经性疾病都会影响人的运动控制,接下来我们会简单介绍其中两种:多发性硬化症(multiple sclerosis,MS)和运动神经元病(motor neurone disease,MND)。

媒体人物杰克·奥斯本(Jack Osbourne)是重金属歌手奥兹·奥斯本(Ozzy Osbourne)的儿子,直到失去右眼的大部分视力,他才第一次发觉自己身上有点问题。2012年,他被诊断为复发缓解型多发性硬化症(relapsing remitting multiple sclerosis),此时他工作顺利,妻子刚生下了一个孩子。

多发性硬化症是中枢神经系统最常见的疾病之一,全世界有近250万名患者。和杰克一样,大多数多发性硬化症患者在20至40岁之间确诊。多发性硬化症是一种慢性疾病,会损害脊髓和包括视神经在内的脑神经。得了这种疾病之后,免疫系统会攻击覆盖在神经上的保护性髓鞘,从而破坏脑和身体其他部分之间的交流,引发十分广泛的症状。受损的髓鞘形成疤痕组织(也就是“硬化”),患者因神经损伤而在多个区域产生疤痕组织,因此命名为“多发性硬化”。

根据病情从轻微到严重的程度,多发性硬化症通常被分为4种类型。根据神经损伤所在部位不同,症状可能出现在疲劳、肌肉控制、平衡、视觉、言语、移动性和认知(如思考、学习和计划)等方面。对杰克来说,最先出现问题的是视觉;而对其他人来说,多发性硬化症可能通过许多不同的方式表现,也许是突然出现的移动或平衡问题。

除了损害单个神经,这种疾病也会导致脑中的重大变化。神经细胞被疾病破坏之后,脑可能会出现萎缩。哪怕在多发性硬化症早期阶段,也会出现脑萎缩现象。因此,脑萎缩是一种广泛接受的脑成像测量标准,可以用来判断患者的疾病程度。脑萎缩量与多发性硬化症造成的身体残疾和认知损害水平有一定的关联。有趣的是,灰质和白质受到疾病的影响程度也不一样,灰质萎缩的程度比白质更深,然而,目前仍不清楚最重要的损害是由灰质还是白质引起。如果能确定哪个部分的萎缩危害更大,也许未来我们就能知道,要维持脑功能有效运转,分别需要多少灰质和白质。同时,也能知道在不引发任何问题的前提下,我们可以失去多少灰质,又能损失多少白质。

必须思考的是,如果我们患上了一种无法治愈的进行性疾病,为什么要费心去测量究竟丢失了多少脑呢?首先,脑萎缩能够提供一些生物学线索,告诉我们脑在病程中发生了什么,从而为新疗法指引发展方向。其次,测量脑体积的减少量是判断新疗法是否有效的重要手段。虽然我们还无法让受损的脑组织再生,但一些临床试验已经证明,治疗可以降低脑体积的减少量,这最终可能影响到临床实践。

正如你想象的那样,由于多发性硬化症带来的神经损伤可以发生在身体的任何部位,因此,每个人受到的影响都不相同,个人经验存在巨大的差异。此外,随着时间的推移,病情进展也难以预料:有些人的症状会不断恶化,另一些人的病情则忽好忽坏。这就是为什么你经常听说有人疾病复发,即进入症状恶化期;也会听说有人疾病好转,症状减轻甚至消失。即使在那些患有同一类型多发性硬化症的患者之间,也存在着种种差异,我们仍不知道导致差异的原因。

从不同类型的多发性硬化症中可以清晰地看出,它不像一般疾病那样简单——想办法控制疾病,而后症状逐渐减轻。本章主要关注脑如何应对攻击,而在多发性硬化症中,这一难题似乎从开始就无法攻克。多发性硬化症的一个特征是,对于中枢神经系统炎症发作引起的神经问题,许多患者具有自发性的恢复功能。对于这些个体而言,在复发期间,大多数问题几乎可以在几天到几周内完全解决。对多发性硬化症脑部病变的研究揭示了一种分子协同反应,即各种蛋白质和分子可以做出协同反应,从而提供保护、帮助修复。再深入了解之后,我们会发现聪明的修复性生物机制或许还存在这样的潜力——消除炎症、修复大脑,甚至可能有利于处理其他神经系统疾病。

还记得“冰桶挑战”吗?在这场活动中,接受了挑战的人们将一桶冰水泼到自己头上,并在社交媒体发布视频。这一挑战与一项慈善活动有关,旨在为肌萎缩侧索硬化症(amyotrophic lateral sclerosis,ALS)研究筹集资金,也希望唤起大家对这种疾病的关注。ALS是一种运动神经元病(Motor neurone disease),会造成渐进性的神经紊乱,导致严重的运动问题。

运动神经元病会逐步破坏脑和脊髓的运动神经元,慢慢使信息无法到达肌肉,患者也日渐虚弱消瘦。这种疾病会影响一个人走路、说话、吃饭、喝水乃至呼吸的能力。不幸的是,大多数的运动神经元病最终是致命的,目前还没有治愈的方法。实际上,运动神经元病存在许多不同类型,它们以不同的方式影响人们(虽然有一些重叠),不同的类型在症状和患者平均预期寿命方面都有差异。一种罕见的运动神经元病被称为原发性侧索硬化症(primary lateral sclerosis),患有这种疾病的人可以达到正常寿命。但更常见的运动神经元病(如肌萎缩侧索硬化症)则具有明显的寿命限制,确诊之后,大多数人活不过5年。

一些研究发现,肌萎缩侧索硬化症患者的脑有一定程度萎缩,特别在额叶和颞叶区域。脑萎缩是本章提及病症的共同主题,但这种病的萎缩部位尤其值得关注——以往人们认为肌萎缩侧索硬化症主要影响运动功能。而现在研究人员认为,额叶和颞叶的萎缩说明肌萎缩侧索硬化症可能不仅是一种运动神经元疾病,还能影响认知功能。迄今的证据表明,一部分运动神经元病患者在行为和认知方面都有变化,但这种变化的原因仍不清楚。也许,只有在特定区域的萎缩达到一定程度之后,才会表现出相应症状。以肌萎缩侧索硬化症患者为例,由于预期寿命较短,他们肯定不会受这一疾病带来的任何显著的认知缺陷困扰。

提到运动神经元病,我们往往会想起杰出的物理学家斯蒂芬·霍金(Stephen Hawking)教授,他勇于挑战逆境,远远超出了这种疾病的原有预期。21岁时,他被诊断出肌萎缩侧索硬化症,预计寿命只剩下两年。在当时,这种预测似乎很合理,即使在医疗技术进步的今天,肌萎缩侧索硬化症确诊后,患者的平均寿命也只剩2至5年。截至我们写作本书时,70多岁的霍金仍然活得好好的,那么,为什么他比其他患者长寿得多呢?我们知道他非常聪明,也就是说,他的脑子超凡脱俗,那么,在某种程度上,这能更好地保护他免受伤害吗?(稍后,我们将探讨聪明是否有益于保护头脑,对抗疾病。)霍金在某种意义上是个超人,所以他就能抵御疾病带来的极端挑战吗?

部分原因可能是他在很年轻的时候就确诊了,而大部分患者五十多岁才被诊断出来。人们发现,那些在年轻时就患上肌萎缩侧索硬化症的人的生存率似乎更高,尽管还不知道为什么。这种发现引出了许多问题。年纪轻轻就患上这种疾病的人,在基因或生物学上有什么特殊之处吗?年轻人与老年人患上的疾病有什么区别吗?年轻的脑比年老的更擅长抵御疾病吗?是不是因为身体更健康,年轻人才能更好地抗击这种疾病,坚持更长时间?

许多年前,亚历克西斯(Alexis)住在剑桥霍金教授家对面,时不时会见到他。当然,遇见邻居不是什么出奇的事情。然而,一天晚上,当她开车拐弯回家时,她猛踩了一脚急刹,才没有撞到霍金!当时他正慢悠悠地坐着轮椅走到漆黑一片的路中央。想象一下,如果真的撞上了,新闻标题可能是什么!

尽管我们介绍的两种疾病都是主要影响运动系统的神经退行性疾病,但它们之间仍有很大区别。虽然多发性硬化症及其影响千差万别,但患者通常能存活很长时间。相反,大多数运动神经元病患者在发病后几年内便会迅速残疾并死亡。多发性硬化症患者的认知问题比运动神经元病患者更大,而后者的身体损伤更重。多发性硬化症的发病年龄往往年轻许多,更常见于女性,而运动神经元病则高发于男性。因此,虽然主要受到影响的都是运动功能,但在受到不同疾病的攻击时,脑和身体的反应有很大区别。

从运动问题相关证据来看,很明显,我们无法轻易找出自己可以割舍的部分脑,因为脑在面对不同的挑战时,可以有许多不同的应对方式。也许,通过探索脑遭遇攻击时引发的认知问题,我们能找到更多答案。

认知问题

现在,让我们来谈谈主要损害脑部认知能力的疾病和其他问题。众所周知,随着年龄的增长,我们的认知功能逐渐衰退,敏锐程度大不如前。然而,对许多人来说,除了与年龄相关的正常衰退,许多其他事件也会对他们造成影响。以痴呆症(dementia)为例,这种渐进性综合征可能导致记忆丧失,并引发理解、思维速度、判断、感知、言语甚至执行简单任务等方面的症状。2015年,据估计全世界有将近4700万人患有痴呆症,现在已经超过心脏病,成为英格兰与威尔士的首要死亡原因。

痴呆症大约有100种不同的类型,第二常见的是血管性痴呆(vascular dementia),通常表现为一系列的微卒中(mini-stroke)。最常见的痴呆是阿尔茨海默病。每个人都听说过阿尔茨海默病,并为此感到恐惧。在英国和美国的调查发现,阿尔茨海默病和痴呆症是人们最害怕的疾病,可与癌症相提并论。

那么,阿尔兹海默病对脑有什么影响?这种疾病会引发大量进行性的损害。当人脑中的β-淀粉样蛋白(beta-amyloid)沉积在一起形成斑块,tau蛋白神经纤维缠结聚集在特定脑区时,它们就中断了健康神经元正常运转的能力。突触之间的信号传递中断,神经元无法再相互沟通,必需的细胞营养素无法有效地运输,最终导致神经元死亡。一旦信号无法在脑中顺利传递,思维和记忆就会受损,脑中的信息也会丢失。

正如你所见,这种疾病很严重,但未必会迅速产生后果。有人认为,在症状出现前很多年,阿尔茨海默病实际上就已经存在了。症状出现的第一阶段被称为“轻度认知障碍”(mild cognitive impairment)。随着阿尔茨海默病的发展,脑皮质开始萎缩衰弱,导致脑的计划、回忆和集中力等方面出现问题。这种疾病也会影响海马,而海马对记忆的作用很重要,脑的这部分萎缩之后,创造新记忆的能力会受阻碍。到阿尔茨海默病的最后阶段,损害分布广泛,脑组织也显著萎缩了。

平均而言,阿尔茨海默病患者在确诊后还能存活8到10年。然而,个体的预期寿命差别很大。痴呆症的进展速度取决于很多因素。年轻时就出现症状的人通常进展得更为迅速,而具有其他长期健康问题(如心脏病、糖尿病或频繁感染)的人也可能恶化较快。不同类型痴呆的发展速度存在差异,阿尔茨海默病的平均速度相对较慢。然而,大部分的差异似乎存在于个体层面。在大多数情况下,遗传、环境因素和整体身体健康状态都可能影响疾病进展速度。

在不同类型的痴呆症中,脑体积缩小都是以类似的方式进行吗?也就是说,痴呆症具有某种内在的本质吗?简单地说,很可能没有。最近的一项研究揭示了一个有趣的发现,在至少两种类型的痴呆症中,脑的缩小似乎以完全不同的方式进行着。这项研究跟踪了160名被诊断为轻度认知障碍的人。其中61位患有阿尔茨海默病,20位患有莱维小体型痴呆(dementia with Lewy bodie),也被称为莱维小体病(Lewy body disease)。莱维小体病是痴呆症的一种类型,兼具阿尔茨海默病和帕金森病的多种特征。记忆丧失在早期阿尔茨海默病中比早期莱维小体病表现得更为突出,幻觉和妄想则在后者中更为常见。此外,比起早期阿尔茨海默病,运动和其他身体症状如跌倒、血压突然下降和尿失禁也更常见于早期莱维小体病。脑扫描显示,超过60%的阿尔茨海默病患者的海马出现明显萎缩,而大多数(85%)莱维小体病患者的海马体积正常。扫描发现,海马未萎缩的患者患有莱维小体病的可能性是海马萎缩患者的5.8倍。研究人员认为,海马的萎缩程度或许可以作为个体轻度认知障碍发展的诊断指标;随着时间的推移,萎缩程度较低很可能说明该患者患有莱维小体病,而不是阿尔茨海默病。尽早确诊病症才能从早期阶段就进行有针对性的治疗。

尽管阿尔茨海默病患者在症状和发展速度方面存在一些个体差异,但每个人的病程却是基本一致的。患病早期,记忆问题是关键性的标志,除此之外,还可能包括迷路、重复发问或完成日常生活任务时间变长等指标。随着疾病发展,可能会出现言语及其他认知功能障碍。一开始,患者会发现记住名字或词语越来越难,后来则慢慢感到读写困难及表达障碍。推理、判断力和洞察力随后也会受到影响,可能会出现行为上的改变,例如妄想、言语攻击或徘徊症(wandering)。最后,患者会变得无法完成简单任务,包括无法独立洗漱、进食,还可能失去一部分动作控制能力。

这种症状的规律模式颇有趣味。我们知道,在阿尔茨海默病中,脑细胞的死亡模式完全可以预测,具有一种线性的模式。毕竟,在其他疾病中,疾病发展和症状变化很大,不易预测(如多发性硬化症)。为什么有些疾病带来的脑部反应似是随心所欲,另一些则遵循某种固有的模式?在某些疾病中,可能确实有某种随机元素,另外,也可能我们还没识别出所有的模式,或者没能对疾病进行精确的分类。不管怎样,很明显,一部分疾病有一种可怕而清晰的破坏路径,能够快速地穿透脑部,不留下多少自我保护的机会。接下来我们要讲的正是这样一个例子。

奶牛和人脑有什么关系?

一家报纸大声疾呼“牛肉警告引发恐慌”,另一家则宣传“疯牛病的悲剧归咎于汉堡包”。谁能忘记二十世纪八九十年代由疯牛病的潜在威胁带来的恐怖气氛?我们一边紧张地吃着晚餐,一边惊恐地看着电视上英国乡村燃烧着的牛群。难道我们现在仍然面临着那么可怕的命运吗?真的有疯牛病这么一颗定时炸弹在等着大家吗?

疯牛病,也叫牛脑海绵状病(Bovine spongiform encephalopathy,BSE),是一种作用于牛脑的神经变性疾病,可以变异并感染人类。这种病的人类形式被称为变异型克雅氏病(variant Creutzfeldt-Jakob disease,vCJD)。克雅氏病(Creutzfeldt-Jakob disease,CJD)是一种罕见的具有退化性和致死性的脑疾病。它发展极快,大多数患者会在出现第一个症状后的一年内死亡。它是朊毒体病(prion diseases)的一种类型,能够作用于人类和动物。朊毒体病存在的形式有许多种,但全都是进行性的,目前没有可靠治疗方法,最终会导致死亡。这种疾病的名字由来,是因为它们与一种正常的蛋白质变化有关:朊病毒蛋白(prion)。朊病毒蛋白能以无害的正常形态出现,自然地存在于人体细胞中;一旦变成异常的形式,就会引起疾病。科学家认为,一旦异常朊病毒蛋白聚集在一起形成斑块,就可能导致神经元减少及其他出现于克雅氏病中的脑损伤。然而,目前还不清楚这种损伤是如何发生的。

克雅氏病最早发现于1920年,而第一例英国的变异型克雅氏病则在1986年确诊,与牛脑海绵状病有关。在英国,大约总共出现了180例变异型克雅氏病,人们得出结论,病因是饲养的牛群中感染了疯牛病的牛进入了人类食物链。在农业和公共卫生史上,这都是个可怕的时期,估计有18万头牛被感染——但为了防止错漏,总共有440万头牛被杀。

事实上,还有三种类型的克雅氏病不是由食用病牛肉引起的。一种是非常罕见的遗传疾病(家族性克雅氏病),另一种则是由受到患者污染的外科设备或医疗手段意外传播给其他人(医源性克雅氏病)。最常见的形式是散发性克雅氏病,具体病因不明。虽然我们说“常见”,但它其实仍然十分罕见:世界范围内,每100万人中,大约会有一两人死于散发性克雅氏病。例如,美国每年约有300例病例。2014年,整个英国有90个人死于散发性克雅氏病。

不可否认,克雅氏病是一种可怕的疾病。在早期阶段,人们通常会经历记忆力丧失以及一些精神病学症状(如抑郁或焦虑、行为改变、协调问题和视觉障碍)。随着病情的发展,精神衰退会越来越明显,出现神经病学症状,包括摇摇摆摆、行走困难和不自主运动,乃至失明和讲话含混不清。到了濒死阶段,病人已经完全不能动弹,也无法说话了。虽然克雅氏病的一些症状可能类似于其他进行性神经系统疾病(如阿尔茨海默病或亨廷顿病),但与大多数类型的痴呆症相比,它的恶化速度要快得多。

尽管克雅氏病的病例很少,结局都是一样,却仍然能观察到个体反应的差异性。克雅氏病通常发作于老年期,病情发展速度很快。通常,症状会出现在60岁左右,大约90%的患者会在一年内死亡。然而,这种疾病的变形在症状和病程上有所不同。例如,变异型克雅氏病主要以精神症状开始,更常作用于年轻人(死亡年龄的中位数为28岁),从出现症状到死亡的时间比一般克雅氏病长(变异型克雅氏病的中位数为14个月,而一般克雅氏病是四个半月)。

尽管统计数据很残酷,也有一些克雅氏病患者的寿命比普通状况长得多。北爱尔兰一位才华横溢的青年足球运动员乔纳森·西姆斯(Jonathan Simms),因为吃了受感染的牛肉,在17岁的时候第一次出现了变异型克雅氏病症状。医生认为他只能活几个月了,但他带病继续生活了10年。发病一年半以后,经过漫长的高级法院争论,他得到了一种实验药物,这种药只在动物身上做过实验。药物似乎让他的病情稳定、好转了一段时间。虽然我们说他好转了,但乔纳森实际上仍处于严重残疾的状态。对乔纳森进行的这种有争议性的治疗,其作用尚不明确,他比其他人活得长一些有可能只是因为他的脑具有某种天生的本领,本来就能坚持更长时间。一位临床医生指出,首次症状出现后,他过了19个月才开始治疗,这已经比大多数变异型克雅氏病患者存活的时间要长得多。他可能天生具有超越他人的生存能力。

另一个比预期寿命活得长的变异型克雅氏病患者叫霍莉·米尔斯(Holly Mills)。她带病存活了9年,与乔纳森用了同样的药治疗。然而,早在刚开始治疗时,她的存活时间也已经比平均寿命长了很多,这也许表明她同样具有天生的生存优势。

瑞秋·福伯(Rachel Forber)曾是一名军人,在抑郁症状出现6个月后被确诊为变异型克雅氏病。她很快就恶化到卧床不起,需要长期护理,认不出人,不能自己吃饭或穿衣服,医生认为她只能再活一年。她同样接受了实验性的治疗(与乔纳森和霍莉所做的不是同一种),在3个月内,她能够下床,独自行走,还可以无支撑游泳。但这种治疗的效果不够持续:她的肝脏因此出现问题,以至于不得不放弃。放弃之后,她的病情迅速恶化,几个星期后就去世了。这能说明治疗有效,或者她是一个非常适合这种疗法的人,抑或她天生的生存能力使她的脑在最终屈服之前,能够做出一定程度的反击吗?

尽管在这些例子中,人们在抗争病魔的过程中表现出了不可思议的强悍,但事实仍然很残酷,克雅氏病患者无法存活。脑最终无法抵御这种疾病,最多只能减缓病情发展的速度。即使有一些特效治疗方法,也需要患者先确诊。不幸的是,目前还没有针对克雅氏病的单一诊断试验(Diagnostic test),只能在患者死后,通过尸检的脑病理检查确认。克雅氏病会引发尸检中可见的脑组织独特变化:出现由孔洞包围的多重微小而异常的聚集体,其外观呈雏菊状。这种严重的疾病会对脑造成极大的损害,但有趣的是,虽然有时在克雅氏病病例中可见脑萎缩,但它却不是变异型克雅氏病的显著特征。目前还不清楚为什么会出现这种情况。可能是因为这种疾病发展太快,从症状首次出现到患者死亡的时间很短,不足以让脑开始萎缩。

食用被感染的牛肉显然会对人脑产生深远的影响,但它绝不是唯一会对我们产生持久作用,有时甚至带来毁灭性影响的消费品。

人如其食

脑会受到环境的攻击,甚至也会被我们自己所做的事情影响。一些天然或人工的毒性物质会改变神经系统的正常活动,最终会破坏甚至杀死神经细胞,我们称之为“神经毒性”(neurotoxicity)。许多事物可能引发神经毒性,如辐射治疗、杀虫剂、清洁溶剂或重金属。接下来,我们讲一种全世界最广为接受的成瘾性药物:酒精。

研究表明,酒精,或者更确切地说,乙醇(酒类饮品中的酒精形式)具有神经毒性,能直接影响神经细胞。一旦摄入,酒精很容易进入血液并被泵至全身。对于许多分子来说,要进入脑颇有难度,因为血-脑屏障(blood-brain barrier)会保护脑免受外来物质的潜在伤害。然而,乙醇可以毫无难度地穿过这一屏障,并进一步改变脑细胞之间的联系。脑很容易受到酒精的影响,脑损伤与长期重度饮酒有一定关系。

通过降低神经元传递电脉冲的能力,酒精得以抑制神经元功能。这些电脉冲能够携带脑功能正常运转所必需的信息,由于酒精会损害判断、协调、警觉、记忆和视觉感知等功能,神经元中电脉冲的传递就会受到抑制。虽然这些功能由脑的不同部分负责,但酒精对脑的作用无处不在,因此任何部位都可能受到影响。例如,额叶皮层通常有助于抑制冲动及社会不适当行为,也能控制判断和决策,但酒精会阻断这种平衡,并导致判断失误、冒险行为和社会去抑制性增加(也就是说,在酒精影响下人类更容易做傻事)。海马负责控制学习和记忆,但酒精会阻止它巩固记忆信息,导致无法回忆起饮酒期间和之后发生的事情(也就是说,做了傻事之后失忆)。对于那些常常喝酒的人而言,这些效果听起来一定非常熟悉。

除了偶尔会在晚上喝多的人,还有数百万人经常过量饮酒。过量饮酒至今仍是世界范围内的重大问题,也是导致可预防性死亡的主要原因。据卫生部估计,英国大约有9%的成年男性和4%的成年女性表现出了酒精依赖的迹象。这当然会导致无数的社会问题,与之相关的健康问题发病率也越来越高(举个例子,肝病导致的死亡已经创下了最高纪录,在10年内上升了20%),不过,我们在本书中主要关注的是酒精对脑的影响。

从长期角度看,过度饮酒会导致脑功能的改变,并引起脑萎缩。有证据表明,全脑萎缩可能是由于灰质和白质都有所减少。这种萎缩尤其容易发生在负责学习和记忆的脑区,如大脑皮层和海马。许多与额叶皮质相关的脑功能似乎也会受到影响,包括人格和认知。

然而,前景并非完全灰暗。长期的脑成像研究发现,一旦人们持续一段时间停止饮酒,他们的脑体积就会重新增加。例如,通过对酗酒者的纵向MRI研究,人们发现,仅仅戒酒一个月,被试的皮质灰质、整个脑组织和海马组织都有所增加;而长期持续戒酒会让脑体积普遍增加,尤其是额叶和颞叶。这表明脑能在一定程度上从酒精造成的伤害中恢复。有人认为,皮质白质可能特别容易在长时间的戒酒期间恢复,尽管这背后的具体机制还不完全清楚。但是,脑损伤的恢复不一定会发生在所有戒酒者身上,许多因素(包括年龄较大、戒酒前饮酒量过大、肝病、营养不良和吸烟)与较低的恢复可能性相关。

酒精相关的脑损伤常被误认成类似阿尔茨海默病的病症。然而,与阿尔茨海默病不同,它不是渐进性的,不会随着时间的推移而无可避免地恶化。通过治疗,它的症状可以显著改善,大部分损伤也能够逆转。

与酒精相关的脑损伤之一被称为威尔尼克脑病(Wernicke’s encephalopathy),是一种退行性疾病。威尔尼克脑病患者可能会经历精神错乱、视力问题、体温过低、血压过低、肌肉协调能力差甚至昏迷等问题。威尔尼克脑病实际上由维生素B1(也叫硫胺素)缺乏引发,这种维生素对细胞的生长、发育和功能至关重要。酗酒者的硫胺素水平通常偏低,原因有很多方面:他们可能饮食状况欠佳,甚至经常呕吐,从而限制了维生素摄入量;酒精会影响胃的内壁,并降低其从食物中吸收维生素的能力;酒精会损害肝脏,而硫胺素正是在肝脏中加工形成。因此,事实上,通过补充硫胺素,威尔尼克脑病可以逆转。然而,如果不及时治疗,它就可能发展成一种更严重的疾病——威尔尼克-科尔萨科夫综合征(Wernicke-Korsakoff Syndrome),并导致不可逆的脑损伤。威尔尼克-科尔萨科夫综合征是与酒精相关的最著名脑损伤形式,尽管它比其他形式(如酒精性痴呆)更罕见。威尔尼克-科尔萨科夫综合征最常见的症状是所谓的“虚谈症”(confabulation),即一个人无法记住最近发生的事情,所以他会利用环境中的线索、长时(完整的)记忆和知识,构建出关于自己在哪、正在发生什么的解释。这样的人必然走向记忆扭曲、虚构、错误的结局。

其他症状还包括失眠、震颤、昏迷、方向障碍和视觉问题。如果不加以治疗,20%的威尔尼克脑病患者可能会死亡,幸存者中85%会患上威尔尼克-科尔萨科夫综合征。威尔尼克-科尔萨科夫综合征主要因酗酒引起,但营养缺乏、进食障碍及化疗等问题也可能引发这一疾病。

在学习、记忆、问题解决、运动功能和信息处理方面,酗酒者的表现都比非酗酒者差,哪怕他们没有罹患威尔尼克-科尔萨科夫综合征。(相对而言,酗酒者的准确性较低,完成任务需时较长。)然而,就像前文所提有关脑容量恢复的好消息一样,戒酒几年之后,多种测试中的表现水平也有所改善。当然,并非所有认知功能都能恢复,有些人也面临着永久性的损伤,特别是在记忆和视觉-空间-运动技能方面。

毫无疑问,许多人每周喝一两杯酒,似乎不会出现什么特别不利的影响,但如果长期持续增加饮酒量,问题就来了。事实上,并非重度酗酒才会对脑产生影响。牛津大学的阿尼亚·托比瓦拉(Anya Topiwala)及其同事最近的一项研究发现,酒精摄入与海马体积减小、认知能力下降有关,即使是中度饮酒者也可能出现这些问题(比不饮酒者海马萎缩的可能性高3倍)。

对酒精的反应也有个体差异。为什么有些人的脑更容易受到酒精影响?

在许多方面,女性似乎比男性更容易受到酒精的影响。由于女性体内的水分比例低于男性,在摄入等量的酒精后,女性血液中的酒精浓度更高,比男性受到的伤害更大。研究还发现,女性可能比男性更容易因酒精引起脑损伤。在一项研究中,脑部扫描显示,酗酒女性的胼胝体显著小于非酗酒女性和酗酒男性——即使将头部大小这一因素考虑进去。毫无疑问,在酒精面前,男人和女人是不同的生物。

简谈心理健康

虽然本章主要关注生理健康状况,但是当然,许多人会在一生中的某些时候经历心理问题。在非传染性疾病带来的经济负担上,心理健康问题构成了最大的单一来源。2010年,世界范围内的心理问题花费估计总共达到了2.5万亿美元,预计在2030年将增加到6万亿美元以上。

心理健康状况、症状和结果的多样性使我们难以深入探究这一领域。然而,值得注意的是,虽然人们有时把“心理健康”和“生理健康”割裂开来看,但事实上,在精神类疾病患病期间,脑中也会发生生理变化。最初促使本书问世的契机,正是由于发现服用抗精神病药物的精神分裂症患者存在脑萎缩现象。我们不知道具体是什么原因导致了这种萎缩,也不知道它对个体有什么实际影响,但此外还有许多研究也发现精神疾病患者的脑会发生变化。许多科学研究正在试图深入了解罹患不同精神疾病时脑的内部状况,导致这些疾病的可能原因以及最有效的治疗方法。许多研究表明,临床抑郁症、焦虑症、精神分裂症和双相情感障碍等病症都会引发脑内可测量的变化。

由斯坦福大学医学院牵头的一个精彩项目,回顾了193项脑成像研究的结果,涉及7381名心理疾病患者。研究发现,精神分裂症、双相情感障碍、抑郁症、成瘾、强迫症和一系列焦虑相关障碍患者的脑灰质减少模式相似。将其与8511名健康对照者的图像进行比较后,研究人员发现,患者脑中3个独立脑结构的灰质都有所减少。在患有不同精神疾病的患者当中,这3种脑结构里的灰质减少模式很相似。这些结构共同协作,都与更高层次功能(如专注、多重任务处理、计划、决策和抑制消极冲动)有关。研究还发现,在健康人群中,灰质体积与更高层次功能测试结果呈正相关。基于这些结果,研究人员认为,这3种脑结构中的灰质减少具有行为上的显著性,而不仅仅是偶然的结果。类似这样的发现可能为深入理解精神疾病之间的相似性(而不仅仅是差异性)铺平道路,甚至有利于探索一个方案治疗多个目标的潜在可能性。

考虑到对“认知类疾病”的松散分类,我们不一定很清楚是否能失去脑中的任何特定部位。罹患这种疾病之后,脑显然会将那些事关生存的基本功能放在最优先的位置,将思考之类的更高层次功能踢到一边。从生存的角度来看,这显然是明智的,因此仅仅在这个基础上,我们可以同意,与核心生存相关的脑部分比那些使我们成其为人的部分更重要。这并不是说我们不需要其他功能,前文已经提到了一些例子,说明当脑不能完整地正常运转时,破坏性的结果便会出现。

脑对疾病的反应能揭示我们到底需要多少脑子吗?

关于人脑的脆弱性以及它(在某种程度上)应对持续攻击的能力,本章的例子提供了小小的见解。虽然我们也看到了,脑可以反击,也能够恢复,例如在多发性硬化症的缓解期,酒精相关脑损伤的恢复期,甚至患上变异型克雅氏病的时候也会有非同寻常的暂时性部分恢复,但是脑只能承受这么多了,在长时间的攻击之后,神经元最终会走向死亡,脑也会开始萎缩。脑萎缩似乎是慢性脑疾病的一个相当普遍的主题。但在实践中,这种萎缩是否有特定意义?或者只是偶然事件?

要知道,脑萎缩并非特别不寻常的事,也不是只在脑出现问题时才会发生。它终将发生在我们身上,通常从30多岁就已经开始。随着年龄的增长,我们的脑会萎缩,尤其是额叶皮质,但是萎缩原因的具体细节还不能完全确定。例如,我们可能失去一些神经元,神经元的体积也可能变小,白质可能随着髓鞘脱失而减少,或脑中的一些组织也可能发生变化。变化并非均匀地在整个脑中发生,不同部位受到的影响或多或少,这一事实可能解释了随着年龄的增长,我们经历的各种认知变化。前额叶皮层受到的影响似乎特别大,这与衰老过程中出现的认知变化(如记忆丧失)具有很好的对应关系。

除了正常的老化,我们已经谈到了许多疾病都会导致异常的脑萎缩。脑萎缩有很多潜在的原因,从神经系统疾病到脑外伤,再到酒精和药物滥用。事实上,对于许多脑疾病,我们还没有完全理解其背后的生物学过程,也就意味着有效的治疗手段相对缺乏,对患者的治疗效果不佳。人脑的反应变化范围很大,为了解脑萎缩的原因,以及这种损害是否及如何影响个体的生活,我们还有无穷无尽的研究要做。

各种神经疾病对不同的人造成的影响千差万别,但如果每个人的脑都是一样的,那又是什么导致了这种区别?在多发性硬化症和痴呆症方面,女性患者多于男性;但在运动神经元病方面,男性患者多于女性。与女性相比,男性更常出现酒精相关的脑损伤,但女性却更容易受到酒精的影响;与男性相比,女性受到酒精影响出现脑损伤时年龄更小,酒精滥用年限更短。因此,性别似乎与一部分差异有关,但不同的基因和环境因素也会起到作用,而这些因素中的许多部分还有待进一步发现。

我们无法过多干预自己的性别,周围环境发生的许多事情也很可能超出了控制范围,那么,我们能做些什么来显著提高自己抵御神经性攻击的能力呢?嗯,我们可以尽最大努力,在学校接受尽可能好的教育,坚持终身学习。研究表明,智商、教育、职业素养或参与休闲活动的程度越高,患阿尔茨海默病的风险越低。但好消息是,即使你没有受过长期的正规教育,现在采取行动也不算太晚。在一项针对128名多发性硬化症患者的研究中,研究人员发现,虽然更长期的正规教育有助于降低与年龄相关的认知损害的程度,但是那些接受正规教育时间很短,却经常阅读、进行体育锻炼和从事具有挑战性的工作的人,却是表现最好的群体。这表明,终身学习不仅有利于保持我们对世界的兴趣,而且似乎对脑有生理上的影响,有助于保持良好状态。我们在这里讨论的问题通常被称作“认知储备”(cognitive reserve),即脑应对潜在损伤并继续良好运作的能力。

认知储备似乎可以解释应对神经性攻击时的一些个体差异。那些应对较好的人,脑中存在的网络可能比其他人更有效,容量更大,更不易受到干扰,或者更善于补偿遭遇的干扰。在自然衰老或阿尔茨海默病相关的脑变化状况下,有证据表明,有些人可以承受比他人更多的变化,而维持原有的功能。如上所述,教育程度和终身学习等行为可以增加认知储备,从而帮助脑更长期地保护自己。我们越了解认知储备的保护作用,越懂得如何改善它,就越能有针对性地为后代设计有效的干预措施,促使人脑维持更长时间的健康状态。

尽管增加认知储备有一定潜在的好处,但我们对疾病仍然几乎毫无防御能力。在前面的章节中,我们已经讲过脑具有惊人的可塑性,能够找到办法去适应实质性的急剧变化(如外伤或天生缺失了某些部分)。然而,面对疾病引起的重大而持续的伤害时,脑的修复和重建能力似乎相对较差。

不同形式的脑萎缩是许多病症的关键特征,尽管我们还不知道它究竟是疾病的原因还是疾病的表现。在某些情况下,在症状变得明显之前,我们似乎可以承受程度相当大的脑萎缩。这是否表明我们不需要脑的全部?是不是意味着我们可以失去一点脑子,而不面临任何问题?这是我们勉强承担的巨大损失,还是一些本来就能减少的特定部分?在科学提供这些问题的答案之前,我们还有很长的路要走。现在,我们还不知道是否所有脑萎缩都值得担心。然而,就算不能确定脑萎缩是造成问题的具体原因,也不意味着我们可以假设自己能毫无压力地失去一小部分脑组织。

现在,我们可以转而思考,人类能做些什么来保护自己的脑免受攻击?人脑是否能变得更具弹性,是否终有一天能成为“超级脑”(super-brain)?我们的脑将来会如何进化?我们不断听说当前肥胖流行,不断得知大家都需要减肥——也许我们的脑也过于庞大了?如果人类未来不再需要那么大的脑,人脑的进化方向要么是缩小尺寸,要么是减掉某些特定的部分,你认为,哪个或哪些部位是可以失去的?

玛姬·亚历山大女士的观点

玛姬·亚历山大女士,欧洲多发性硬化症平台(位于比利时布鲁塞尔)前任首席执行官,脑脊柱基金会(位于英国伦敦)前任首席执行官。

自从在惠康基金会受到神经科学训练以来,玛姬漫长的职业生涯经历过多次转变。她曾经在生物医学出版、信息供应等领域工作,也曾为一系列非营利组织负责竞选与宣传,这些组织主要关注职业和环境健康安全、癌症和神经学。她退休前的最后一份工作是欧洲多发性硬化症平台的首席执行官。她领导了一个泛欧洲的组织网络,制定和执行全欧盟范围的方案,最大限度地为欧洲200万多发性硬化症患者提供最佳治疗、护理和研究。

作者:那么,玛姬,就脑中发生的事情而言,为什么即便患有相同类型的多发性硬化症,不同的患者之间还有那么大的差别?你怎么看?

玛姬:多发性硬化症患者的经历各不相同,不仅仅在于临床上的差异,还关系到人们如何根据自己的病情做出不同的选择。由于症状差异很大,治疗方案也各不相同,人们如何应对疾病、如何进行治疗,全都天差地别。此外,不同国家国情差别很大,人们能得到什么样的医疗保健和治疗服务都需因地制宜。在多发性硬化症的治疗方面,这些问题都可能让个人病情的管理和进展形成巨大的差异。

当然,影响个人经历的不仅是疾病本身的发展过程,还包括他们如何适应疾病。例如,欧洲多发性硬化症平台极富感召力的前任主席约翰·戈尔丁(John Golding)告诉我,他在20多岁时首次被诊断为多发性硬化症,当时他变得非常抑郁,想要自杀。他的病情很严重,双腿失去了功能,像个蹒跚学步的孩子一样摇摇晃晃。他说得到轮椅那天是自己一生中最自由的时刻,因为他终于可以独立活动了。我们往往认为坐轮椅是件消极的事情,但对有些人来说,这是真正的自由,是对疾病的积极适应。而他们的脑很可能已经做出了适应:既适应了心理健康的变化,也适应了身体需求的变化。

作者:可以分享一些人们适应严重疾病的例子吗?

玛姬:当然,我见过很多很多非同凡响的人!就讲讲此刻我脑海中忽然浮现出来的一位吧——你还记得拳击手迈克尔·沃森(Michael Watson)吗?他在与克里斯·尤班克(Chris Eubank)的世界冠军争夺赛中险些丧命。(此事发生在20世纪90年代,他的头部受了几乎致命的重伤,能活下来已经是非同寻常的奇迹。)英国脑脊基金会的创始人,神经外科医生彼得·汉姆林(Peter Hamlyn)实际上重建了迈克尔的身体。彼得告诉我,迈克尔幸存的机会非常渺茫。然而,2003年,迈克尔竭尽全力,用6天走完了伦敦马拉松全程(彼得·汉姆林将其形容为总计“12年、6次手术、3家医院、26英里385码”的努力)。虽然没有完全康复,仍然需要看护者的帮助,但迈克尔在面对极端的脑部问题时,取得的成就十分惊人。他所做到的事情非常鼓舞人心。人们猜测,他的人格、宗教信仰、家庭、医疗团队及其他种种方面,共同帮助他取得了显著的康复。丰富充裕的外部环境(包括人和关系)对脑而言非常重要。

我认识的另一位充满魅力的人叫苏·蒂利(Sue Tilley)。多年以前,她就罹患了复发缓解型多发性硬化症,但事实上,近33年以来,她都没有再出现过相关症状。当然,如果她非常疲倦或生病了,需要的恢复时间会比其他人更长。同时,她的一条腿也有轻微的问题。除此之外,她的健康状况都很好。如今,大多数被诊断为复发缓解型多发性硬化症的人都会发展为二次性进展型多发性硬化症(复发缓解型多发性硬化症的下一阶段),苏为什么没有?是因为某些人的基因和环境的结合有其特殊性,还是由于存在着某种未知的、尚未被鉴定的生物成分?令人着迷的是,确实有些人的疾病没有继续恶化。

作者:鉴于你与许许多多的人打过交道,你认为人类需要多少脑子?

玛姬:我认为,问题不在于脑的大小,而在于要确保脑中真正重要的部分能够得到培养。我相信,你与他人、社会相关的技能越强,生活就会越容易,所以也许与这些功能相关的脑区就是最重要的部分。

也许,正如玛姬所说,除了那些调节基本生理功能(如呼吸)的部分之外,脑确实需要优先保护涉及社会互动和交流的部分。归根结底,或许这正是我们成其为人的根本。

霍金教授已于2018年3月14日去世,享年76岁。——译者注

卒中又称“中风”,是一种急性脑血管疾病,因脑部血管突然破裂或血管阻塞导致血液不能流入大脑而引起脑组织损伤的疾病。微卒中一般指症状轻微,非致残性的卒中。——译者注

表现为整天不停漫步,或跟随照料人员,或晚间不恰当地要求外出等。——译者注

指对疾病进行诊断的试验方法,它不仅包括各种实验室检查,还包括各种影像学诊断,如CT等。——译者注

马拉松全程距离。——译者注

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