大脑是一个极为耗能的器官,需要消耗远超其体重比例的基础能量代谢。大脑又是一个极为美丽的器官。如果人类真的有灵魂,那么也必然居于大脑之中。
因而我们对其中所发生的一切都如此着迷。人们试图通过各种实验研究情感、语言、逻辑乃至意识是如何在大脑中发生。
但是大脑中不只有这些功能,还有功能的丧失。在某些情况下,这个过程以类似于海啸一样的形式,轰轰烈烈地发生,如同最后的烟花在脑中绽放。这就是我们今天要说的脑中海啸,或者叫:脑皮质扩散性去极化。在这个过程的背后是一整套神经生化反应,可以帮助我们更好地理解大脑如何工作。
我们发现这样的知识还有很多,它们本身可能知名度并不高,但是却充满趣味。同时它们也更像一个索引,其背后是庞大百倍千倍知识;又如同一个个微缩胶卷,保存着人类对世界探索的微型文件;也如同小径分岔的花园中,用鲜花编织而成的指路牌。我们将这些闪亮的碎片收集,并建立文件、进行编号,所以将其称为:混乱档案室。
海啸是地球上最致命的灾害之一,时速700公里的巨浪可以摧毁沿途的一切。在人或动物的大脑里,有时也会发生相似的场景,不过换之以电化学能量的波涛,也就是神经冲动不受控制的扩散,这被形象地称为大脑海啸(Brain Tsunamis),学术上叫做 脑皮质扩散性去极化(抑制)。就像真实的海啸通常来自海底地震,大脑海啸也有自己的起因,比如,大脑受创或者缺氧、缺血,其电化学能量暴走的原理也要更加曲折。
首先在我们大脑中,神经元伸出的轴突上,由磷脂双分子层组成的细胞膜,可以阻隔大分子和带电离子随意进出,同时其上分布的钠钾泵通过主动搬运,产生离子浓度差,维持内负外正的电化学梯度(离子浓度差和电势差),也就是静息电位。这种微妙的平衡,就是细胞膜的极化状态。
当钠通道被打开,钠离子就会在电化学梯度作用下流入细胞,膜内电位迅速升高,这被称为去极化。此处电位叠加后产生动作电位,又让相邻的钠通道被打开,并重复这个过程,不断循环,一个神经冲动就这样在轴突上传递出去。
想要重新极化,就需要再次消耗ATP搬运钠钾离子。但是当大脑失去足够的ATP维持运转,会发生什么呢?
离子泵几乎停止工作,神经元内电化学梯度开始消失。钠通道也随意洞开,电信号不受控制地在轴突上闪过。为了榨取尽可能多的能量,血脑屏障会增强渗透性,因此改变细胞外的离子环境,比如降低镁离子的浓度。这又导致神经元释放谷氨酸等神经递质,产生兴奋毒性蔓延,带来更大范围的恶性循环。
一场脑中的海啸就这样扩散开来。如果无法恢复供能,这大概就是大脑最后的狂欢。当电化学的浪潮也平息下来,留下的只有永恒的死寂。