即使是我們最頂尖的神經科學家，對人類大腦仍有許多未知。在這些未知面前，我們如何能對保存大腦抱有合理的希望？如果存在某些至關重要的記憶機制，而我們對其了解如此匱乏，以至於根本不知道該如何檢查我們的技術是否保存了它們，那該怎麼辦？事實證明，關於這些未知的總體「輪廓」及其界限，存在一些有趣的經驗證據。

在特德·姜（Ted Chiang）的短篇小說《呼吸》（Exhalation）中，一個外星種族的腦部運作依賴壓縮空氣，透過鉸接金屬箔片的精細排列來進行計算和儲存資訊。這些箔片由流經大腦微管的恆定氣流維持位置，編碼著外星人的思想與記憶。這種短暫的懸浮模式就是自我的全部——任何壓縮空氣耗盡的外星人都會陷入僵直狀態，隨著金屬箔片無力地垂下，他們所有的記憶都會被抹除。即使重新恢復氣壓，原始資訊也已永久遺失，那個人永遠無法找回。

如果我們世界的腦部運作方式也是如此，我將會致力於研究一種截然不同的保存技術，例如長壽研究或某種相對論性的時間膨脹泡泡。但我認為我們很幸運：當我們觀察人類大腦的「電力中斷」時，我們發現了更為便利的情況：

這張來自 Broestl et al 2013 的圖片是一位患者腦部活動的腦電圖（EEG）。中間平坦的部分是心跳停止的 15 分鐘期間。該患者隨後完全康復。

湖中女士

1999 年，一位名叫安娜·巴根霍姆（Anna Bågenholm）的瑞典放射科醫生在滑雪時掉進了一個冰凍的湖泊，並被困在八英吋厚的冰層下。在最終失去意識前，她掙扎著利用困住的氣穴呼吸了 40 分鐘。在那一刻，她的呼吸停止了，心臟停止了跳動，隨著電活動消失，她的腦部陷入黑暗——這不像睡眠甚至昏迷時的安靜，而是完全的「電腦靜默」（electrocerebral silence）。在那之後，救援人員又花了將近一個小時才將她的身體從水中拉出來。

但這並非終點。救援人員將她的身體空運到醫院，在心跳停止兩個半小時後，醫生嘗試小心地為她復溫。手術耗時九個小時，但最終她活了下來。更令人驚訝的是，她基本上完全康復了，除了失去一些即時短期記憶外，沒有留下持久的腦損傷，除了手腳的神經損傷外，也沒有遺留其他問題。

因此，一個掉進冰湖、在核心體溫僅 57 °F/13.7 °C 且無生命跡象的情況下待了一小時的人，竟然存活了下來。這次意外雖然是個極端案例，但「康復是可能的」這一驚人事實告訴了我們大腦運作的一些原理。巴根霍姆的案例應該讓我們對任何認為「腦部短暫的即時活動是記憶和個人身分的承載者」的理論產生懷疑——就像姜筆下氣動外星人那不幸的金屬箔片一樣。這種情況看起來更像是你會在一個「大腦可以安全關閉並重新開啟」的宇宙中觀察到的現象。無論巴根霍姆在事故中承受了什麼後果，她的記憶、認知和個性顯然都完整地保留了下來。

利用寒冷挽救生命：DHCA

這樣的生存是如何可能的？當然，在正常的溫暖溫度下，我們在缺氧幾分鐘後就會遭受持久的災難性損傷——這也是心臟病發作和中風造成致殘後果的原因。但自古以來就有記載的冷水生存則是另一回事。事實證明，一個溫暖且缺氧的大腦會迅速開始自我傷害。雖然理想情況下你希望大腦擁有充足的氧氣，但次優的選擇是避免讓它運作——就像手機潑到水時你會關機一樣。事實證明，低溫（約 15-30°C）能非常有效地讓大腦以這種方式「關機」。

事實上，一旦知道這種現象存在，讓大腦關機就成了一種實用的技術——特別是對於腦外科和心臟外科醫生來說，他們的手術依賴於在大腦或心臟暫時離線時進行操作。心臟不跳動供血，大腦不產生電火花，然而身體卻不會因為缺氧而窒息。因此，「低溫循環停滯」（Hypothermic Circulatory Arrest, HCA）技術應運而生^([1])。在手術前，醫生會降低患者體溫直到血液循環停止，通常目標溫度為 20-28°C（中度低溫循環停滯，MHCA），在某些情況下甚至低至 14-20°C（深度低溫循環停滯，DHCA）。這種極端冷卻爭取到了一個窗口期，在此期間所有正常的生命徵象都暫停了——心跳停止、呼吸停止、大腦靜默——從而可以進行精密的手術。程序完成後，患者會被小心、緩慢地復溫並復甦，然後回歸日常生活。

低溫循環停滯在沒有氧氣或血流的長時間內提供了腦部保護。因此，自 1960 年代開發以來，它已成為心臟和腦部手術的標準護理流程（Chau, 2013）：例如，在 2017 年至 2021 年間，美國有超過 7,000 名患者接受了低溫循環停滯手術。

那麼患者術後情況如何？他們的記憶、認知和個性是否完好無損？事實上，除了患者和外科醫生的軼事經驗外，還有大量文獻評估 DHCA 對認知的影響。例如，Stecker et al. (2001) (Part II) 調查了 109 名剛接受過 DHCA 的患者，發現 75% 的人意識清醒、定向力正常且神經系統表現正常。在這一群重病且剛動完手術的人群中（其中幾人在手術前或手術中曾發生中風），這看起來並不差。

更重要的是，Percy et al. (2009) 研究了接受 DHCA 的高認知職業人士。該群體包括「醫生、律師、博士、神職人員、藝術家、音樂家、會計師和經理」。研究人員採訪了患者及其親屬，詢問他們在手術前後注意到的差異。研究人員發現，「根據患者和知情者的反應，手術後認知功能得到了極佳的保存」，並認為「雖然 DHCA 後的細微缺陷可能隱藏在智力要求較低的職業人士中，但實質性的缺陷不太可能在我們的高認知需求組中未被察覺。」

我還記得第一次聽說 DHCA 的情景：那是 2009 年在麻省理工學院（MIT）Sebastian Seung 的神經科學導論課上，助教課中的一段簡短插曲。我之所以記得，是因為了解 DHCA 確實改變了我的人生。我了解到人可以被寒冷「關機」，在這種狀態下沒有任何明顯的腦部活動，而且這在醫院裡被常規用於棘手的心臟手術！對我來說，DHCA 是那種一旦你見識過，哪怕只有一瞬間，你的生活就再也無法回到過去的事物。我恍若隔世地離開了那堂助教課。我希望今天能與你分享那份激動。

電腦靜默

作為技術性的補充，我想深入探討「電腦靜默」（electrocerebral silence）這個術語——即在低溫循環停滯下觀察到的腦部電力中斷現象。雖然在冷卻的大腦中，電活動會降低到標準腦電圖（EEG）無法檢測到的程度（不像麻醉或昏迷大腦那種平緩的特徵波形，電腦靜默看起來完全是一條直線；參見 Mizrahi et al. 1989.），但重點並不在於電力的絕對消失。腦細胞作為離子囊，可能仍會偶爾發出微小、零星的火花。重點在於，它們正常的電行為被完全擾亂，無法進行任何類似正常突觸計算的操作（Volgushev 2000），且運作水平極低，在 EEG 下是不可見的。

Stecker et al 2001, Part I, 圖 3，「(D) 預冷，(E) 出現週期性複合波，(F) 出現爆發抑制，以及 (G) 電腦靜默」。這張腦電圖讀數顯示了隨著誘導低溫，大腦電活動的演變過程。最後一張圖 (G) 顯示了電腦靜默——此時電位已降至 EEG 的隨機雜訊水平以下，約為 2–3 µV。

Stecker et al. (2001) 嘗試刻意對處於低溫狀態的大腦神經元進行超強刺激，透過使用比正常神經訊號大 10-50 倍的電流刺激手腕來誘導誘發電位。他們發現，即使是這些超大脈衝在到達大腦皮層前也會消失，這表明通過深層腦部的信號傳導路徑已被中斷。神經元失去了傳遞資訊的能力。

若進一步冷卻，最終可以消除單個神經元放電的能力，即使是人工刺激也不行。確切的失效溫度因神經元而異，但平均約為 12°C，最低可達 4°C（Girard and Bullier, 1989）。值得注意的是，4°C 是一個已有過人類康復記錄的溫度（Zafren 2020）。

Girard and Bullier 1989, 圖 5A。大多數神經元在 12°C 左右變得無法放電，即使受到人工刺激也是如此。

簡而言之，我認為在接受常規 HCA 的人身上，偶爾會有孤立的神經元發出火花，但很明顯，這些冷卻、缺氧的神經元幾乎完全靜默，無法進行長距離通訊，大腦中正常的電級聯動態——以及這些動態所承載的任何資訊——都已被完全擾亂。

已知的未知

當我審視現有的證據時，我發現我們生活在姜筆下外星人那種不便世界的可能性極低。相反，我觀察到的是這樣一個世界：大腦中的電級聯可以被擾亂並歸零，但只要結構完整，潛在的認知就依然存在。（順帶一提，「記憶是結構性的」也是神經科學家的主流觀點。）

這就是為什麼 Nectome 投入如此多的精力，以極其精細的程度來保存奈米結構。關於人類大腦，我們還有很多不了解的地方，但無論它隱藏著什麼秘密，證據都指向它們儲存在其複雜的物理結構中。我們現在還無法解讀它們——但我們可以確保結構就在那裡，為未來做好準備。

• ^(^) Charles Drew 是 HCA 的先驅之一。我確信，無論事後如何記載，他當時一定為了實現這個想法而奮鬥過；進步往往需要人們站出來實踐那些「顯而易見」的事，且往往要付出巨大的個人代價，因此他是我的英雄之一。

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