你相信濒临死亡前的「走马灯」吗？PNAS研究：人类大脑在死亡过程中表现出高

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在当今社会，随着新兴科技的迅猛发展，我们正以前所未有的方式探索生命的奥秘。而关于“死亡”——这一个所有人都逃脱不了的结局，它始终是人类最深邃、最神秘的话题之一。


在小说和电影中经常描绘的“走马灯”现象，即人在濒临死亡前脑海中快速闪过一生经历的画面，是否真的存在？这种场景常常让人感到既神秘又震撼，但长期以来，科学界对此并没有明确的答案。


最近，密歇根大学医学院的一项研究为我们提供了一些线索。这项研究不仅探讨了大脑在死亡过程中的活动模式，还揭示了潜在的意识状态变化，让我们对生命的最后一刻有了新的认识。

  

真实世界4名患者的实验

该研究涉及四位在密歇根大学神经重症监护室(NICU)去世的患者，他们因心脏骤停引起的缺氧损伤或大量脑出血而死亡。所有患者在生命的最后24小时内都处于昏迷状态，没有自愿行为或明显的意识迹象。


研究人员将患者在临终过程中的不同时间点进行划分，S1阶段指患者在撤除呼吸支持前的最后一小时或几小时内，此时患者还在接受完整的生命支持，包括呼吸机辅助通气。S2阶段指撤除呼吸支持后，这个阶段开始于呼吸机撤除的时刻，直到所有患者出现急性EEG抑制。S3至结束（S3-end），这些阶段是根据ECG特征使用Borjigin实验室发明的心电图矩阵（ECM）技术来定义的，反映了从S2之后心脏骤停过程中的不同阶段，直到患者死亡。


实验流程包括：
1. 数据收集：利用19导联EEG记录患者的脑电波，采样频率为512Hz。为了提高信号质量，本研究采用Fpz参考点并进行了重新参照处理。
2. 预处理：去除60Hz及其谐波噪声，定义了六个频段，分别为δ（0-4Hz）、θ（4-8Hz）、α（8-13Hz）、β（13-25Hz）、γ1（25-55Hz）和γ2（80-150Hz）。
3. 数据分析：使用先进的计算工具——离散傅里叶变换计算每个2秒窗口内的绝对功率，并以1秒重叠的方式进行。此外，研究还评估了相位-振幅耦合(PAC)以及局部和远距离的功能连接性。

Gamma功率激增

实验结果显示，在撤除呼吸支持后，两位患者（Pt1和Pt3）的大脑中gamma功率（>25 Hz）迅速且显著增加，这种增加不仅局限于局部区域，还涉及到跨区域的连接性增强。特别是在temporo-parieto-occipital (TPO)区域，这些区域被认为是意识处理的关键“热点”。这一发现与健康人脑在清醒和梦境中的活动模式相似。这表明即使在临终时刻，大脑也可能保持着一定程度的活跃性。


具体来说，研究显示，在撤除呼吸支持后几秒钟内，患者大脑的gamma功率激增，并在患者死亡的早期阶段持续存在。这种激增在左侧前中颞叶（T3）区域尤为显著，并在S2阶段直到S10早期都保持在较高水平。此外，beta（15到25 Hz）、gamma1（25到55 Hz）和gamma2（80到150 Hz）波段的功率在Pt1和Pt3的前额和中央区域也有所增加。

图1. 濒死病人脑内缺氧引起的高频振荡

相位-振幅耦合增强

此外，研究还观察到了gamma振荡与较慢振荡之间的跨频率耦合（PAC）增强，表明大脑中不同频率的振荡之间存在强烈的相互作用，暗示着大脑内部的信息传递加强。


特别是，在死亡阶段，gamma振荡的幅度与较慢振荡（<50 Hz）的相位之间存在强烈的耦合。而这种耦合在S1阶段几乎检测不到，但在S4、S6、S7和S9阶段显著增加。特别是在S6和S9阶段，发现频率带（8到40 Hz）的相位与所有高于50 Hz的频率带的幅度之间存在广泛的耦合。

图2. 缺氧导致濒死大脑中PAC激增

功能性连接性提高

在死亡过程中，研究者还观察到在后皮质“热点区域”内以及TPO区域和前额叶区域之间的gamma同步性（功能性连接）显著增加。这种增加在Pt1和Pt3中尤为明显，表明在死亡过程中，大脑的这些区域之间存在着广泛的通信。


使用标准化符号转移熵（NSTE）方法分析的有向连接性显示，在死亡过程中，特别是在S2阶段，TPO连接区域内的gamma振荡的有向连接性显著增加。此外，还观察到TPO区域和前额叶区域之间的长距离gamma1连接性增加，特别是在Pt1的S4阶段。

图3. 濒死病人多频段功能连接激增

这些发现表明，人类大脑在心脏骤停期间可能仍然保持活跃，这可能与濒死体验中报告的主观体验有关。尽管这些活动可能与意识处理有关，但由于没有患者从心脏骤停中存活，因此无法确定这些活动是否与实际的主观体验相关。


研究还强调了自主神经系统在死亡过程中的作用。在两位表现出gamma活动激增的患者中，他们的心率在撤除呼吸支持后有所增加，这可能与交感神经系统的激活有关。而在另外两位患者中，心率没有增加，这可能表明他们的自主神经系统在基线时已经严重受损。这些发现表明自主神经系统在调节大脑活动和死亡过程中可能发挥的关键作用。


此外，论文还提到了癫痫与NDE之间的关系。研究发现，有癫痫病史的患者表现出高水平的TPO区域的gamma功能和有向连接性，这可能与NDE中报告的自发性视觉幻觉和离体体验有关。这些发现为理解NDE的神经机制提供了新的视角，并可能有助于开发新的治疗策略，以减轻或预防这些体验。

小结

通过这项研究，我们不仅了解到大脑在死亡边缘仍然具备一定的活跃性，而且也为进一步探索心脏骤停期间潜在的意识状态提供了基础。虽然目前对于这些现象的确切机制尚不清楚，但无疑它们挑战了传统观念中关于大脑在死亡时刻完全失去功能的看法。


未来，随着再生医学领域的发展，如干细胞技术和类器官技术的进步，我们或许能够更深入地模拟和研究大脑在极端条件下的行为。这些技术不仅可以帮助我们更好地理解大脑在濒死过程中的复杂活动，还可能为治疗各种神经系统疾病提供新的途径。


正如古人所言，“未知生，焉知死”，只有当我们真正了解了生命本身，才能更好地去思考如何面对死亡。这项研究不仅是科学研究领域的一大进步，更是人类智慧与勇气的体现，鼓励我们在追求真理的路上永不停歇！


参考文献：
Xu G, Mihaylova T, Li D, et al. Surge of neurophysiological coupling and connectivity of gamma oscillations in the dying human brain. Proc Natl Acad Sci U S A. 2023;120(19):e2216268120. doi:10.1073/pnas.2216268120


撰文 | lcc、ZZN
编辑 | lcc

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