引言
培养皿中的大脑
2017年夏天,我胳膊上的一小块组织被切了下来,并被转化成一个具有大脑基本结构的迷你大脑。我写这本书就是为了弄清楚这段奇怪的经历。
那是7月里炎热的一天,我躺在伦敦大学学院神经病学研究所的一张床上,神经科学家罗斯·帕特森(Ross Paterson)用一个苹果去核器一样的工具从我的肩膀上“挖”下了一块组织。多亏了麻醉剂,我没有感到疼痛,而且整个过程也没有流很多血,这让我长出了一口气。
这块组织随后被放入了试管,浸润在富含营养的培养液中。8个月后,它将变成一个具有类似大脑结构的迷你大脑。
我的这个迷你大脑由一团神经元组成,只有小扁豆大小。这些细胞相互连接,形成了一个致密的网络,能够像人体内的神经元那样相互发送信号。当然,迷你大脑中的这些神经活动还无法被称为“思考”:这些信号可能只是随机产生的,就像噪声一样,没有特定的含义。没有人知道迷你大脑内究竟在发生着什么,就像我们也搞不清楚当胎儿的大脑只有豌豆大小时,其中正在发生着什么。
在这项实验中,我胳膊上的这块组织只是被培养成了其他一些组织,并不能创造出一个人。但在这种技术的基础上,我们未来或许真能创造出整个人体。
对于今天的人来说,可能没有谁会认为在体外创造出一个人是一个好主意。但问题的关键并不在于在未来的某一天,人会像阿道司·赫胥黎的小说《美丽新世界》中描述的那样,从所谓的“人体工厂”中被制造出来,而在于“创造人体”这件事似乎正变得可能。这一切将让我们开始重新审视我们何以为人。当你的一块组织正在8千米外一个实验室的培养箱中慢慢长成迷你大脑时,你会本能地开始思考这个问题。
让我来解释一下这项研究。
培养我的迷你大脑的工作是由伦敦大学学院的神经科学家塞利娜·雷(Selina Wray)和克里斯托弗·拉夫乔伊(Christopher Lovejoy)领导进行的。他们想要研究大脑的发育过程,特别是某些基因突变是如何导致发育异常并引发阿尔茨海默病等神经退行性疾病的。我们中的很多人可能会患上这些退行性疾病,在英国,将近100万人正遭受着各类痴呆的困扰。造成这些神经退行性疾病的一部分原因是衰老,但也有一部分遗传的原因:有些基因突变会导致人更容易患痴呆类疾病,有一些早发型痴呆症(患者甚至在三四十岁时就会出现症状)也是可遗传的。2016—2018年,惠康基金会资助了一项野心勃勃的项目——“凭空创造”(Created Out of Mind)。这项计划旨在改变公众对痴呆症的认识,并研发新的评估工具,用于评估各种艺术活动对痴呆症患者生活的影响。我所参与的“培养皿中的大脑”(Brains In A Dish)实验就是这个项目的一部分。
塞利娜和克里斯希望用具有特定基因突变的病人的细胞来培养迷你大脑,通过研究这些迷你大脑中基因的活性,来理解这些疾病的发病原因,并最终找到有效的治疗方法。研究亨廷顿病的科学家已经发现了一个特定基因与这种疾病的关联。他们还发现了一些可以抑制这个突变基因作用的药物,这些药物可以抑制这个基因产生一种容易错误折叠的蛋白质,这些错误折叠的蛋白能在脑中形成瘢痕并破坏脑组织。还有一些科学家在致力于开发疫苗,以防止错误折叠的蛋白在大脑中聚集或者清除已经聚集的蛋白,这些聚集的蛋白可能是阿尔茨海默病的诱因。
据我所知,我并没有携带早发型阿尔茨海默病的基因。由艺术家查理·墨菲组织协调的这项“培养皿中的大脑”计划的目标是通过参与者对这段经历的反应,来向更多的人解释这一类研究。这本书就是我对此的讲述。
我想澄清一下我这里所说的“迷你大脑”是什么意思。有些研究人员不愿意用这个词,我也理解他们为什么这么想。用这种方法培养的人类神经元并不能形成真正的大脑,即使是结构还很简单的胎儿早期的大脑都不行。但在它们的遗传“程序”的指引下,这些神经元确实在培养皿中自发形成了真实大脑所具有的某些特征结构。它们转变成了功能各不相同的细胞,不仅仅有神经元,还包括大脑中其他类型的细胞。它们也形成了类似大脑的结构:神经元是像大脑皮层中那样分层排列的,而且这些细胞组成的结构上也有大脑那样的沟回状褶皱。这就像小孩子在画一个人,虽然不太像,但你还是能看出他们画的是什么,你也能看出这幅画还有进步的空间。事实上,这种在实验室体外培养出的结构的正式名称是“类器官”(organoid)。类器官具有类似体内器官的结构,但比真实器官小。目前,人们已经可以在体外培养类似肝脏、肾脏、视网膜、肠道以及大脑的类器官。类器官培养技术的出现到底意味着什么?这一切对于医学、基础生物学、哲学以及我们的自我认同意味着什么?我希望能找到这些问题的答案。
我不知道我该如何看待我的迷你大脑。当然,我没有因此而焦虑到夜不能寐的程度,这块由我的细胞培养成的组织也不能被看作一个人,但我确实莫名开始喜欢这些细胞了。在培养皿中,它们没有来自体内环境的引导,却努力成长。这团细胞似乎拥有某种潜能,这种潜能在从我身体上“挖”出的那块肉中是不存在的。这团细胞不仅在身体之外“活着”,还闪耀着源自我的生命的光芒。
当我们谈论生物学时,我们很难不谈到“目的”和“需求”。但细胞和很多低等生物其实就像机器人一样,本身并没有意志,只是机械地对外界刺激做出反应(当然,有人会说我们人类其实也是这样),这就是自然的法则。
当你亲眼看到培养皿中细胞的活动时,你会更加真切地感受到生命的存在。生命是一个不断变化的过程,而进化给了这种变化一个方向,或者说一个目标,直到死亡让一切归于平静。生命是什么,在科学上并没有一个明确的定义。生命是一个动态的过程,有既定的轨迹,但也时常有意外发生,如果认识不到这一点,谈论生命将毫无意义。随着科学和技术的发展,从我身上切下的那一小块组织得以开始自己新的生命,而类器官技术更重要的意义在于,人类现在拥有了控制生命发展方向的能力。
我的迷你大脑来自我的胳膊,确切地说,它是由我胳膊上的皮肤细胞培养而成的。这一切听起来似乎根本不可能办到。其实直到10多年前,大多数生物学家也是这么认为的。后来科学家们发现了实现这种“细胞转化”的技术,这项技术彻底改变了细胞生物学,也为器官和组织的再生提供了无限可能,同时也开启了胚胎学和发育生物学领域诸多新的研究方向。
大众媒体经常用各种夸张的词汇来描述这些“细胞转化”技术,但我不太确定这些技术背后的哲学含义(有人甚至会说精神含义)是否得到了充分的重视。比如,有媒体报道说:
我们身体的每一个部分都可以转化为另一个部分,也可以转变成一个全新的我们自己。
当然,我需要指出的是,目前这句话还没有实现。这些“转化”需要一些前提条件,而要实现这句话的后半部分,可能还需要进一步的研究。但无论如何,细胞的可塑性远远超出了我们的想象。认识到细胞具有可塑性是过去一个世纪医学进展和发现的巅峰。和科学上的许多重大发现一样,我们还不知道该如何理解和利用这些发现。很多时候,我们会对它们产生恐惧,并从奇幻故事的视角来描述它们。
举个例子,当你听到“培养皿中的大脑”时,你可能马上就会联想到《弗兰肯斯坦》中的情节。我在前文中还提到了《美丽新世界》,这本书中的故事与玛丽·雪莱在《弗兰肯斯坦》中所讲的故事有相似之处,只不过它的背景被设定在了工业化时代。这两本书至今仍很受欢迎,是生物医学上的进步给人类带来的焦虑与不安的最好例证。在为人类提供医学上新的可能的同时,“细胞转化”和类器官培养技术也引发了很多担忧,许多文艺作品(特别是科幻作品)都对此有所探讨,例如:
●我们也许可以在猪的体内培养人类的大脑。每当想到这样的场景,我都会感到不安,其中一个原因可能是这会让我想起林赛·安德森在1973年执导的电影《幸运儿》开篇的情景。也许你还没看过这部电影,我就不剧透了。
●我们或许可以在体外单独培养身体的各个部分,然后再把这些身体的“部件”组装成一个人,或者说是一个“类人体”(personoid)。在卡雷尔·恰佩克(Karel Čapek)1921年创作的舞台剧《罗素姆万能机器人》(R.U.R.)中,第一个机器人就是这样制成的。
●哲学家、伦理学家和神经科学家们会争论,在体外培养出的人类大脑到底意味着什么。这样的大脑有意识吗?它能感知“现实”吗?这些问题都在沃卓斯基姐妹执导的《黑客帝国》中有所体现。
我需要说明的是,上面这些场景在短时间内都不会成为现实。我会在本书后面的部分更详细地探讨这些问题。我想说的是,在本书中,我会讲述一些离奇而可怕的故事,其目的不是博眼球。随着生物技术的飞速发展,这些令人不安的场景正在慢慢成为可能,我们似乎需要这些故事来帮助我们理解和思考。而这本身就值得我们思考:导致这些故事产生的原因是什么?有哪些因素在塑造着这些故事?
在我看来,在这些故事的背后,可能是一个你初听到会觉得奇怪的想法:我们对我们自己的身体感到不安。
当然,你可能会说,我们难道不是“居住”在我们的身体之中的吗?这样的想法很自然,但仔细想一想你就会发现,这种描述并没有把“我们”和“我们的身体”视作一个整体。“居住”是什么意思呢?我们会说一个人居住在房子里。这样一来,“我们”又是什么呢?这种表述中蕴含着笛卡儿的二元论的观念:思维与肉体是分离的,或者说,躯体与灵魂是分离的。
我们确实会对我们的肉体感到不安:我们会对身体的一些正常生理过程、身体上长出的赘生物以及我们的体味和体液感到厌烦。我们会竭力改造我们的身体,还会对躯体的衰老满怀恐惧。在面对《养鬼吃人》《电锯惊魂》或者大卫·柯南伯格早年的大部分电影时,我们都不敢独自观看。冈瑟·冯·海根斯利用塑化技术将尸体制成标本,将我们对尸体的恐惧以艺术化的形式展现出来。为了帮助人们更平和地接受自己的躯体,马克·奎因、玛丽娜·阿布拉莫维奇等艺术家也做了一些尝试,他们的作品大胆而前卫,同时又充满了痛苦甚至会让观众感到不适(马克·奎因用自己的血和自己儿子的胎盘制作雕塑)。
人类对自己肉体的这种复杂情感有很多原因,这在各个时代的文化中都有所体现:身体上的穿孔和文身,葬礼上的仪式以及对尸体的处理,各个时代的种种禁忌,以及对外科手术的批判,等等。而体外细胞培养和“细胞转化”技术的出现可能是对人类与自身肉体关系的最大挑战。这些技术将人体分解成更小的单元,人体变成了一个个细胞。
过去,我们或许可以不去细想这到底意味着什么。细胞不过是构成人体的基本结构之一,就像蛋白质、原子或者夸克都是构成人体的结构一样。如果从人体上分离出一部分细胞,这部分细胞就不再是“我们”的一部分,它们会成为一团废物,很快就会死亡,会被微生物分解成小分子,回归自然。
而现在,当你的皮肤细胞能够被“转化”成神经元,这些神经元又能形成脑的类器官时,你大概会发现,我们此前对细胞的看法已经陈旧不堪了。当你在显微镜下看到这一切时,你会意识到培养皿中的细胞并不仅仅是“活着”那么简单:显微镜下的这些微小细胞充满了生机,它们似乎在为一个目的茁壮生长。
这就是生命。可这又是谁的生命?
确切地说,这并不是我的生命,但它们也不可能是别人的生命。这些细胞不再是“我的”,它们独立于我,但它们和那些依然还在我胳膊上的细胞,和我真正的大脑中的细胞(必须使用“真正”这个词来避免混淆,这一点还是让我感到有些奇怪),和我血管中流动的细胞以及我跳动的心脏中的细胞到底有什么不同?在思考这些问题后,我似乎必须接受一个事实:我事实上是一个细胞群落,这些细胞间的协作让我得以呼吸,它们之间的交流让我拥有了自我认同,也让我成为独一无二的个体。
我们对自己的肉体感到不安的深层原因正在于此。我们是由单个细胞发育而成的细胞群落,但我们却不知道在这一群细胞中,“我”究竟身居何处,也不知道在其发育过程中,“我”生于何时。
细胞生物学的发展让我们无法再忽视这些事实。说实话,我也不知道如何讲述这些“故事”才能让你觉得这一切很正常,但我觉得应该允许我们自己对这一切感到不安,因为这将赋予我们某种奇怪的自由。