Wissenschaftler stellen die Aktivität in den Gehirnen von toten Schweinen teilweise wieder her

Wissenschaft

Was jetzt?

Es wurde angenommen, dass Gehirne fast unmittelbar nach dem Tod abgebaut werden.(Denis Balibouse / Reuters)

Das Gehirn kann angeblich ohne Blut nicht lange überleben. Innerhalb von Sekunden wird die Sauerstoffversorgung aufgebraucht, die elektrische Aktivität lässt nach und es kommt zu Bewusstlosigkeit. Wenn der Blutfluss nicht wiederhergestellt wird, beginnen innerhalb von Minuten Neuronen in einer schnellen, irreversiblen und letztendlich tödlichen Welle abzusterben.



Aber vielleicht nicht? Laut einem Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Nenad Sestan an der Yale School of Medicine kann sich dieser Prozess über einen viel längeren Zeitraum erstrecken und ist vielleicht nicht so unvermeidlich oder irreparabel, wie allgemein angenommen. Das haben Sestan und seine Kollegen auf dramatische Weise gezeigt —durch Erhaltung und Wiederherstellung von Aktivitätszeichen in isolierten Gehirnen von Schweinen, die vier Stunden zuvor enthauptet worden waren.

Das Team beschaffte 32 Schweinehirne aus einem Schlachthof, platzierte sie in kugelförmigen Kammern und infundierte sie mit Nährstoffen und schützenden Chemikalien, wobei Pumpen verwendet wurden, die Herzschläge nachahmten. Dieses System namens BrainEx bewahrte die Gesamtarchitektur des Gehirns und verhinderte, dass es sich verschlechtert. Es stellte den Fluss in ihren Blutgefäßen wieder her, die wieder empfindlich gegenüber sich erweiternden Medikamenten wurden. Es verhinderte das Absterben vieler Neuronen und anderer Zellen und stellte ihre Fähigkeit wieder her, Zucker und Sauerstoff zu verbrauchen. Einige dieser geretteten Neuronen begannen sogar zu feuern. Alles war überraschend, sagt Zvonimir Vrselja, der zusammen mit Stefano Daniele die meisten Experimente durchgeführt hat.

Es gibt seit langem Anzeichen dafür, dass Sauerstoffmangel Neuronen nicht unbedingt so schnell abtötet, wie oft angenommen wird. Trotzdem sagt Jimo Borjigin von der University of Michigan, dass, als sie mit dem Studium begann Gehirnaktivität bei sterbenden Ratten , sagten mir meine Kollegen, dass jede Zelle innerhalb von Minuten stirbt, sobald kein Sauerstoff mehr da ist. Das Team von Sestan zeigte, dass die Zellen nicht nur wenige Minuten später, sondern einige Stunden später noch intakt sind. Ein solches Studium ist längst überfällig.

Körperlose Gehirne in Gläsern sind vertraut und beunruhigend Science-Fiction-Grundnahrungsmittel , aber in diesen Geschichten sind die Gehirne lebendig, bewusst und selbstbewusst. Die in Sestans Experimenten waren null für drei. Obwohl einzelne Neuronen feuern konnten, gab es keine Anzeichen für die koordinierte, hirnweite elektrische Aktivität, die auf Wahrnehmung, Empfindung, Bewusstsein oder sogar Leben hinweist. Das Team hatte Narkosemittel in Bereitschaft, falls ein solches Flackern auftauchte – und das taten keine. Die Schweine waren hirntot, als ihr Gehirn durch die Tür kam, und am Ende des Experiments waren sie immer noch hirntot, sagt Stephen Latham, ein Ethiker der Yale University, der das Team beriet.

Aus diesem Grund sehe ich in diesem Bericht nichts, was das Vertrauen in den Hirntod als Todeskriterium untergraben sollte, sagt Winston Chiong , einem Neurologen an der University of California in San Francisco. Die Frage, wann jemand für tot erklärt werden sollte, ist kontroverser geworden, seit sich Ärzte ab etwa 1968, als die Kriterien für den Hirntod definiert wurden, stärker auf neurologische Symptome verlassen. Aber diese Diagnose hängt typischerweise vom Verlust der gesamten Gehirnaktivität ab – eine Linie, die zumindest vorerst noch endgültig und irreversibel ist. Nach MIT-Technologie-Überprüfung hat vor einem Jahr die Nachricht von Sestans Arbeit veröffentlicht , erhielt er E-Mails von Leuten, die fragten, ob er die Gehirnfunktion ihrer Lieben wiederherstellen könne. Er kann sehr viel nicht. BrainEx ist keine Auferstehungskammer.

Es wird nicht zu menschlichen Gehirntransplantationen führen, fügt hinzu Karen Rommelfänger , der das Neuroethikprogramm der Emory University leitet. Und ich glaube nicht, dass dies bedeutet, dass die Singularität kommt oder dass eine radikale Lebensverlängerung mehr möglich ist als zuvor.

Warum also das Studium? Es besteht das Potenzial, mit dieser Methode innovative Behandlungsmethoden für Patienten mit Schlaganfällen oder anderen Arten von Hirnverletzungen zu entwickeln, und es besteht ein echter Bedarf an solchen Behandlungen, sagt L. Syd M. Johnson , Neuroethiker an der Michigan Technological University. Die BrainEx-Methode ist möglicherweise nicht in der Lage, stundenlang tote Gehirne vollständig wiederzubeleben, aber Yama Akbari, ein Neurologe auf der Intensivstation an der University of California in Irvine, fragt sich, ob sie erfolgreicher wäre, wenn sie Minuten nach dem Tod angewendet würde. Alternativ könnte es helfen, sauerstoffarme Gehirne am Leben und intakt zu halten, während die Patienten auf die Behandlung warten. Es ist eine wichtige bahnbrechende Studie, sagt Akbari.

Solche Anträge sind noch in weiter Ferne, und auch wenn sie nie zustande kommen, ist dies bereits ein außergewöhnlicher Durchbruch, sagt Nita Farahany , Bioethiker an der Duke University. Obwohl Neurowissenschaftler im Labor gezüchtete Neuronen untersuchen oder dünne Scheiben von Hirngewebe betrachten können, erfassen diese nichts von der dreidimensionalen Komplexität, die das Gehirn, das Gehirn, ausmacht. Durch die Wiederherstellung einiger Aktivität in postmortalen Schweinehirnen hat Sestans Team einen viel besseren Proxy für die Realität geschaffen. Die Ironie ist natürlich, dass die ethischen Dilemmata umso schärfer sind, je besser der Stellvertreter ist, sagt Farahany.

Johnson fügt hinzu, dass für die Studie keine Tiere starben: Das Team verwendete Gehirne von Schweinen, die zu Nahrungszwecken getötet worden waren. Tausende von empfindungsfähigen Tieren seien in Studien getötet worden, die nach neuroprotektiven Behandlungen suchten, die keine Früchte getragen hätten, sagt sie. Inzwischen werden jedes Jahr Millionen von Tieren zu Nahrungszwecken getötet, und das ist eine potenziell reiche Quelle für experimentelle Gehirne, die keinen zusätzlichen Schaden verursachen würden.

Die Studie muss noch von anderen unabhängigen Teams repliziert werden. Und bevor jemand die Technik weiterführt oder auch nur die Möglichkeit von Versuchen am Menschen in Betracht zieht, müssen mehrere ethische Fragen berücksichtigt werden. Ist zum Beispiel das Team Ja wirklich sicher, dass die teilweise wiederbelebten Gehirne kein Bewusstsein haben? Latham, der Yale-Ethiker, ist zuversichtlich. Sogar Menschen unter Narkose zeigen Anzeichen einer koordinierten, hirnweiten elektrischen Aktivität, sagt er, so dass das Fehlen solcher Signale stark darauf hindeutet, dass wir nicht einmal die Möglichkeit haben, dass Bewusstsein auftaucht.

Aber Bewusstsein ist immer noch schwer zu definieren, geschweige denn zu messen. Und niemand musste es jemals in einem Gehirn ohne Körper messen. Wie würden Sie Bewusstsein, Schmerz oder Leiden in einem Gehirn einschätzen, das die Durchblutung und die neurale Funktion wiederhergestellt hat, aber von der äußeren Wahrnehmung getrennt ist? fragt Steven Hyman, Neurowissenschaftler am Broad Institute of Harvard und MIT. Dies ist ein sehr schwieriges wissenschaftliches und politisches Problem. Wie Johnson sagt, halte ich es für sehr unwahrscheinlich, dass das Bewusstsein oder die Empfindungsfähigkeit in einem mehrere Stunden toten Gehirn wiederhergestellt werden kann, aber ich bin mir auch ziemlich sicher, dass wir es sonst nicht wissen würden.

Es ist auch unklar warum die Gehirne der Schweine konnten ihre koordinierte Aktivität nie wiedererlangen. Liegt es daran, dass die Teammitglieder vier Stunden gewartet haben? Liegt es daran, dass sie das Gehirn nur sechs Stunden lang behandelt haben? War es etwas mit der Art und Weise, wie die Schweine getötet wurden? Oder liegt es daran, dass sie der Flüssigkeit, die sie durch das Gehirn gepumpt haben, Chemikalien hinzugefügt haben, die die neuronale Aktivität dämpfen? (Sie taten dies, weil übermäßiges Feuern dazu beiträgt, Neuronen in sauerstoffarmen Gehirnen abzutöten.) Und wenn dies der Fall ist, könnten isolierte Gehirne das Bewusstsein erlangen, wenn die Blocker entfernt würden?

Möglicherweise, und das würde sicherlich die Grenze zwischen Lebenden und Toten verwischen. Aber dieses Experiment ist ausdrücklich nicht vorgesehen. Der nächste und einzige Schritt des Teams besteht darin, BrainEx über einen längeren Zeitraum auszuprobieren. Wenn dies zu Anzeichen einer koordinierten Aktivität führt, müssten wir die Forschung für eine Weile einstellen, sagt Latham, weil es keine institutionelle Einrichtung gibt, die wir konsultieren könnten. Wir müssten einen erstellen. Die geltenden Vorschriften zur Tierforschung schließen Personen aus, die entweder zur Nahrungsaufnahme aufgezogen wurden oder gestorben sind. Nichts bedeckt die Grauzone eines isolierten Gehirns mit Anzeichen von Zellaktivität, die bewusst sein kann oder nicht.

Dies veranschaulicht ein Problem, über das ich letztes Jahr geschrieben habe: Fortschritte in den Neurowissenschaften – von der Konservierung von postmortalem Gewebe bis hin zum Wachstum von Hirngewebeklumpen in einer Schüssel – übersteigen die ethischen Rahmenbedingungen, die uns helfen, über solche Forschung nachzudenken. Sestans Team erkannte, dass es sich um eine verschwommene Linie handelte, und tat alles, um Rat zu suchen – mehr, als viele Forscher hätten, sagt Farahany. Aber die Wahrheit ist, dass es keine Anleitung gab.

In einem Kommentar, der die neue Studie begleitet, schlagen sie und andere mehrere unmittelbare Leitlinien vor. Entfernen Sie die neuronalen Aktivitätsblocker nicht, bis wir wissen, was sie tun. Führen Sie keine ähnlichen Studien ohne Anästhetika durch. Priorisieren Sie die Erforschung von Möglichkeiten zur Erkennung neuronaler Signale, die auf Empfindungsvermögen oder Bewusstsein hinweisen könnten. Seien Sie transparent. Mit diesen Prinzipien sollte eine Organisation wie die National Institutes of Health oder die National Academies of Sciences, Engineering and Medicine Gruppen von Wissenschaftlern und Bürgern einberufen, um die ethischen Grenzen dieser Forschung zu diskutieren und klare Richtlinien zu erarbeiten.

Zuerst müssen wir herausfinden, wie wir diese Arbeit bei Tieren ethisch verrichten können, sagt Farahany. Wenn man ein totes Gehirn schließlich bis zum Bewusstsein wiederbeleben könnte, was kommt damit und was nicht? Sind Erinnerungen intakt? Sind Selbstidentitäten intakt? Wie würden wir diese Fragen beantworten, wenn Sie ein Tier nicht stellen können?

Und was könnte sich ändern, wenn Forscher von isolierten Gehirnen zu Gehirnen wechseln, die sich noch im Schädel ihrer Besitzer befinden? Oder zu menschlichen Prüfungen? Könnte das den ohnehin schon großen Mangel an transplantierbaren Organen noch verstärken, wenn der Punkt, an dem medizinische Eingriffe zwecklos sind, verschwimmt? Dies sind alles Fragen für die ferne Zukunft, aber es lohnt sich, Antworten zu haben, bevor die Zukunft zur Gegenwart wird.