大脑创伤的大爆炸理论

2024年夏季，一则关于神经生理科学的重大新闻头条报道了美国精英作战部队——海豹突击队成员在爆炸事件中遭受的创伤后应激障碍（PTSD）、自杀和脑损伤之间的关键联系。来自美国国防部/制服服务大学脑组织库（DOD/USU BTR）的研究人员发现了一个神经损伤的边界，位于构成军人大脑皮质褶皱的白质和灰质层之间。这种组织损伤被描述为沿着大脑灰白质细胞区共享交界处的星形胶质疤痕的独特解剖线，与震荡性脑创伤观察到的损伤不同，而是与哺乳动物组织的爆炸生物物理学一致。在这项新研究中，损伤似乎与长期、反复暴露于附近爆炸或开火武器产生的冲击波有关。受训战士随后出现了一连串渐进性的无法解释的行为、认知下降和严重抑郁。分析表明，每次爆炸时通过军人头部和大脑传播的重复性、冲动性压力波损害了他们的认知中心，导致他们的身心健康走向下坡。

五年前，我（Terrie M. Williams)在为海军研究办公室进行一项海洋哺乳动物生理学项目工作时，曾访问过DOD/USU BTR的研究团队。那是我第一次听说他们的工作。我当时正在寻找答案，以回应DOD正在考虑的一个类似问题：海军演习和水下声纳测试是否与大量海豚和鲸鱼搁浅死亡的事件有关？同样，其他人类活动或环境噪音源是否可能引发这种不寻常的行为？人类制造的声音的时间和地点与涉及少数到数百只深潜鲸类的无法解释的大规模搁浅事件之间的关系令人担忧。但是缺乏病理证据。在极少数情况下，当尸体足够新鲜时，会进行尸检。由于难以迅速打开搁浅在偏远海滩上的海豚和鲸鱼的厚重保护性头骨，以及神经组织快速恶化，常常不会检查大脑。

对于已打开的头部，研究人员有时报告说耳骨周围有局部出血，以及毛细血管内形成类似减压的气体和脂肪栓塞（例如，“弯曲病”症状）。然而，这些病理与海洋中人为噪音暴露之间的直接联系仍然让科学家困惑不解，至今仍未解决。很难明确区分因搁浅行为可能发生的伤害与对噪音暴露的身体和行为反应相关联的伤害。

我实验室及同事监测搁浅和暴露于噪音的海洋哺乳动物的行为和生理的研究一直指向最脆弱的器官——大脑。到目前为止，这些联系仍然是理论上的。这项新研究提出了一个问题，是否可能在无意间暴露于海洋中的冲动性噪音的海洋哺乳动物中发生一种难以检测、迄今未知的神经现象，类似于在海豹突击队中发现的那种？世界各地海洋中经常发生各种重复性噪音，包括用于石油和天然气勘探测绘的地震空气枪爆炸、军事声纳和撞击桩基操作。任何潜在的神经损伤很容易被忽视。

有几个线索使这值得探索。首先，大规模搁浅的鲸类外表通常出奇地正常。许多这类事件中的动物没有外部伤害，普遍状况良好，许多刚进食过。内部来看，血液和器官明显无病。这与涉及海豹和海狮的大规模搁浅事件不同，后者可能涉及有害藻华引起的软骨藻酸中毒或海豹瘟病毒爆发等神经疾病过程。两者都被认为是导致大量鳍足类动物离开水面并死亡的原因。

第二个线索涉及大脑的大小和形状。最容易莫名其妙搁浅的物种是深潜的齿鲸类（有齿）鲸类。就像人类一样，这些海豚和鲸鱼拥有大型、复杂的大脑皮层和相对于其他非人类哺乳动物更大的整体大脑。这种独特的解剖结构导致了一个由白质和灰质交替层次组成的大面积易损区域，正如最近报道的人类大脑那样，可能会受到噪音诱发的压力波的物理影响。

第三，也许最重要的是，搁浅的海豚和鲸鱼经常表现出的异常行为。就像对待遭受脑损伤的人一样，我们不得不考虑在海洋哺乳动物中，亚致死性直接击中大脑可能看起来是什么样的影响。暴露于爆炸中的人类可能会出现眩晕、烦躁、记忆受损、导航能力差、失衡等更多症状（见Shively和Perl，2012年的综述）。抛开拟人化的属性不谈，这些行为症状如何在无法与我们沟通的搁浅海豚或鲸鱼身上表现出来？搁浅动物的不寻常反应提供了洞察。试图将搁浅的鲸类推回深水的救援人员经常描述行为异常，从迷失方向和导航能力差到完全抗拒在水中的情况。媒体报告中的拟人化评估可以从动物看起来“害怕”或只是犯了一个“愚蠢”的错误不等。通常，重新浮起的鲸类会在其他地方搁浅或沉入深处，使得大规模搁浅事件的原因未得到解释，或者在某些情况下归因于自然现象导致的导航错误，包括地磁场变化、地震、月球周期等等。

不幸的是，检测构成哺乳动物大脑的神经细胞景观中的这种持续性、亚致死性损伤极其困难。在人类患者和搁浅的鲸类中，大脑神经创伤通常无法通过肉眼或常规成像或测试来检测。即使可以获得大脑组织，神经损伤通常在典型的大体病理学或组织学检查中是不可见的。直到阵亡军人的家属努力帮助创建DOD/USU BTR后，才能开发出特定的细胞神经学研究，这导致了关于冲动性噪音对人类大脑影响的近期突破性发现。精细的组织学组织损伤终于可以与不同军人的军事历史以及他们的身心健康记录相匹配。

目前还没有相当于评估鲸鱼和海豚大脑的神经学技术，尽管包括我们的实验室在内的许多实验室正在尝试。最大的障碍之一是在鲸类大规模搁浅事件的混乱中迅速获取大量大脑样本。因此，现在，海洋噪音如何影响大脑功能并直接与深潜鲸类的搁浅行为相关联的谜团仍然锁在它们厚重的保护性头骨内。我们等待着一场完美的风暴：已知的声学事件、随之而来的鲸类大规模搁浅、一个拥有技能和时间解剖新鲜尸体或安乐死动物的调查团队，以及在正确的实验室进行正确神经学测试以评估组织。只有到那时，我们才能开始揭开影响野生动物和人类的更大问题：在我们的嘈杂、混乱的现代世界陆地和海洋中，哺乳动物的大脑能承受多少冲动性损伤？