大脑这个器官实在是太神奇了。

加州理工大学认知神经学家Ralph Adolphs 曾经说过，“如果一个系统，它有很多部分组成，这些部分的功能就是相互依赖的关系。比如心脏，你把它分成两半，它就不会工作；你把自己的笔记本电脑切成两半，它就坏了”[1]。

但是大脑这个器官，纵使你切掉一半，它也依然能正常工作，你也依然能正常生活。

为了治病，她切掉了半个大脑

Amanda Caldwell今年26岁，她曾是某大学创意写作专业的学生，是校园广播站的DJ和节目总监，是残疾学生俱乐部的联合创始人，还是学生会成员[2]。

没有人想到，这样一位身兼数职的优秀学生其实还是一位“特殊的病人”，因为她比正常人少半个大脑。

MRI扫描下成年人的半个大脑横截面 图源：www.livescience.com

Caldwell不是特例。在美国甚至全世界各地都有这样一群人，他们有的是拥有硕士学位的语言病理学家，有的是超长跑冠军，但因为特殊原因，他们的大脑不得不被切除一部分、一半甚至更多。

其中一个原因是顽固性癫痫。癫痫，俗称羊角风，是大脑神经元突发性异常放电，导致短暂的大脑功能障碍的一种慢性疾病[3]。

癫痫病人的一侧大脑半球通常都会失去正常功能，并形成癫痫灶。如果癫痫患者治疗不及时或是治疗不成功，久而久之患者健侧的脑功能也会受到损伤。之后，病变会继续扩散，直到健侧大脑开始恶化，癫痫症状越来越严重。

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所以，对于顽固性癫痫，医生往往会建议这些患者进行大脑半球切除术，这是一种神经外科手术，是将有癫痫灶的一侧大脑半球切除，保留基底节及丘脑。

Caldwell就是这种情况。

Caldwell因为出生前的一次中风，她的整个童年都是在被癫痫支配的恐惧中度过的，有时候一天发作三次，有时候一天发作四次。尽管尝试了很多药物，包括一些新的试验药物，但Caldwell癫痫发作的频率还是越来越高，持续的时间也越来越长。

Caldwell五岁那年的一天，她突然发病，持续了20多分钟，直到医护人员把她紧急送往医院才停止。

作为Caldwell的父母，他们知道Caldwell每发一次病她就痛苦一次，说实话，这样的痛苦不亚于在他们的胸口上插把刀子。为了尽快治好Caldwell的病，在医生的建议下，他们决定进行唯一有希望的治疗：大脑半球切除术。

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1998年，在Caldwell六岁生日后不久，她进行了手术。外科医生小心翼翼地打开了Caldwell的头骨，将她的两个大脑半球分开，取出了其中一个。

万幸的是，手术后，Caldwell的癫痫再也没有发作过。

但Caldwell的康复过程却不是一帆风顺的。因为左边的大脑半球被切除了，Caldwell不得不适应如何“训练”她的右脑控制她身体的右半部分。

幸运的是，她成功了。现在的她不仅可以正常走路和跑步，还可以随便活动自己的右臂。更值得高兴的是，她在语言上也没有障碍，所以不需要像许多做左侧大脑半球切除手术的病人那样重新学习如何说话（左脑具有语言、数字、分析、逻辑推理等功能）。

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但在某些方面，Caldwell确实比一般人要差些。比如，复杂的数学，数学上的难题常常使她崩溃。

尽管，26岁的Caldwell未来还需要面临很多的挑战，但至少她健康地活了下来，这应该比什么都重要。

意外的发现

历史上，第一次进行大脑半球切除术的是德国生理学家Friedrich Goltz。1888年，Goltz给一条狗进行了大脑半球切除术[4]。

1923年，美国神经外科医生Walter Dandy完成了人类历史上第一例真正意义上的大脑半球切除术。当时，接受手术的是一名脑肿瘤患者，尽管手术成功，但三年后，患者还是因为癌症复发去世。

Walter Dandy 图源：portraitcollection.jhmi.edu

人身上的初次尝试，让科学家们对这个神奇的手术有了一点点的认识，只是他们应该没有想到，这项手术在15年之后也可以被用来治疗癫痫。

1938年，加拿大神经外科医生Kenneth McKenzie在对一名中风的16岁女孩进行了大脑半球切除术后发现，患者出现了意想不到的效果——之前的癫痫消失了。

这额外带来的效果，让科学家意识到这个手术或许可以用来治疗癫痫。只是随着手术进行次数的增多，人们发现，随之出现的各种并发症，比如，脑积水、颗粒性室管膜炎等等也增多。

于是，医生对大脑半球切除术进行了各种改良。改良后的手术不仅减少了远期并发症、降低了死亡率，还保留了大脑半球切除术的效果。

但有手术就有风险，万不得已，没有人愿意去冒这个险。就连约翰普金斯顿大学的神经学家Freeman也曾建议，最好在束手无策、万不得已的情况下再考虑这项手术。

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一般来说，患者年龄越小，手术后大脑恢复效果越好，因为小孩的大脑有更高的神经可塑性[5]。在一项针对5岁以下儿童的研究中，73.7%的儿童通过手术治疗了顽固性癫痫[6]。

当然，这并不意味着手术仅限于儿童。2007年的一项研究表明，大脑半球切除术对于符合手术的成人也有长期疗效，癫痫控制可持续几十年[7]。另外，在2012年的一项研究中，30名成年患者接受了大脑半球切除术，结果发现81%的患者在手术后癫痫消失，而且大部分患者术后生活质量得到了改善[8]。

只是遗憾的是，这些患者剩下的半个大脑究竟发生了什么改变、它又是如何工作的，我们其实还并不清楚。

神奇的大脑

不过前段时间，美国加州理工大学的研究人员带着这些问题进行了一项深入的研究[9]。

参加此次研究的对象是6名在童年时期（3个月到11岁不等）因为癫痫而不得已切除了一半大脑的“特殊人群”，年龄都是20多岁或30岁出头，同时还有6名对照组成员。

研究人员对这两组人群分别进行了脑部核磁共振（MRI）扫描成像，并要求他们在进行MRI时，要保持放松，但尽量不要睡着。

研究人员观察了大脑中控制视觉、运动、情绪和认知的区域神经网络。他们还将此次脑成像中心收集到的数据与大脑基因组学超级结构项目中约1500个典型大脑的数据库进行了比较。

结果他们惊奇地发现，这些人的剩余大脑不但能够进行自适应调整，正常工作，而且各系统之间的神经连接比6个对照组中完整大脑间的连接还要强。

比如，我们以四肢的运动能力来举例。正常情况下，四肢的运动能力是由左右大脑来共同参与的，左半球控制右侧身体的运动，右半球控制左侧身体的运动。但研究人员发现，虽然剩下的半个大脑与神经连接的路径没有变，但负责参与运动的神经网络连接却比正常情况下连接得更紧密。

也就是说，这些强烈的神经网络连接足以保证半个大脑就可以实现整个大脑的基本功能。

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研究人员猜测，这种比完整大脑更强的神经连接，也许可以解释半个大脑是如何适应和重新弥补缺失部分功能的。

接下来，他们还希望能够复制和扩展这项研究，以便更好地了解大脑。

虽然，目前我们对大脑这个神奇器官的认识还停留在一点皮毛上，但对大脑的认识始终是我们对自己身体的一种好奇的探索，尽管这场探索注定是一项长远的任务，但我们相信这对于我们了解疾病、治疗疾病是有帮助的。

参考文献：

1.https://www.nytimes.com/2019/11/19/health/brain-removal-hemispherectomies-scans.html?action=click module=Well pgtype=Homepage§ion=Health

2.https://www.vice.com/en_us/article/9akj4z/what-its-like-to-live-with-half-a-brain

3.Galanopoulou A S, Buckmaster P S, Staley K J, et al. Identification of new epilepsy treatments: issues in preclinical methodology[J]. Epilepsia, 2012, 53(3): 571-582.

4.https://www.scientificamerican.com/article/strange-but-true-when-half-brain-better-than-whole/

5.Chen R, Cohen L G, Hallett M. Nervous system reorganization following injury[J]. Neuroscience, 2002, 111(4): 761-773.

6.Lettori D, Battaglia D, Sacco A, et al. Early hemispherectomy in catastrophic epilepsy: a neuro-cognitive and epileptic long-term follow-up[J]. Seizure, 2008, 17(1): 49-63.

7.McClelland III S, Maxwell R E. Hemispherectomy for intractable epilepsy in adults: the first reported series[J]. Annals of neurology, 2007, 61(4): 372-376.

8.Schramm J, Delev D, Wagner J, et al. Seizure outcome, functional outcome, and quality of life after hemispherectomy in adults[J]. Acta neurochirurgica, 2012, 154(9): 1603-1612.

9.Kliemann D, Adolphs R, Tyszka J M, et al. Intrinsic Functional Connectivity of the Brain in Adults with a Single Cerebral Hemisphere[J]. Cell reports, 2019, 29(8): 2398-2407. e4.

本文作者| 艺兮