猫头鹰的脑袋可以算是自然界的一个杰作——它们可270度自由转动，却不会损伤猫头鹰的颈部和头部的血管，也不会阻断大脑的供血！最近，霍普金斯大学的一个研究组解释了为什么猫头鹰可以如此之杰出。通过血管造影术、CT扫描和医学成像技术，研究者发现了4种防止头部转动时受伤的适应性进化结构，猫头鹰的骨骼为了支撑过重的头部而发生了相应的变化。这一发现获得了2012年美国国家科学基金会评选的国际科学与工程视觉挑战大赛信息绘图组的冠军，并被刊登在2月1日出版的《科学》上。

“像我这样做大脑成像的人，整天都在研究人类由于外伤而导致头颈动脉受损，我们一直很疑惑为什么猫头鹰能够迅速转动头部，却不会由于颈部损伤死在森林里。包括人类和猫头鹰在内的许多动物，脖子上的颈动脉和脊椎动脉都是十分脆弱的，内层非常容易撕裂。”霍普金斯大学的介入神经放射性研究专家、医学博士菲利普·盖洛德（Philippe Gailloud）说。

人类头颈部的突然扭动将会拉扯撕裂血管内层，因此产生的血块可能引发致命的栓塞或者中风，冲撞性的车祸、过于刺激的过山车以及手法错误的脊椎按摩都可能造成这种伤害。

为了解开这个谜题，霍普金斯研究组研究了自然死亡的雪鸮、大林鸮和大角鸮这三种猫头鹰尸体的头颈部骨骼结构和复杂的脉管系统。他们用一种注射显影剂来加强猫头鹰血管的X光成像，然后进行了剖析和扫描成像。

研究者向猫头鹰的动脉注射显影剂来模拟血液的流动，然后手动扭转猫头鹰的脑袋，他们有了惊人的发现——随着更多显影剂的流入，头部颌骨底部的血管变得越来越粗以积蓄液体。而人类的动脉通常只会越来越细，绝不会在偏离原位的时候变粗。

研究者称这些可以张弛的血管作为缓存血库，能使猫头鹰能够在转动头部时，储存它们大脑和眼睛所需要的血液。这些适应性的血管网络结构，可以尽量避免血液流通的中断。

获奖海报：猫头鹰颈椎和颈部动脉的解剖图。猫头鹰颈部一根负责给大脑供血的主动脉穿过颈椎骨中央的空穴，而空穴的直径约为穿过它的血管直径的十倍。研究者称横截面上多余空间为动脉血管提供了缓冲气垫，这给动脉在头部扭转时提供了充足的移动空间。在猫头鹰的14节颈椎骨中，有12节发生了这种适应性变化。来源：hopkinsmedicine

“对人类而言，颈椎的动脉就紧紧贴着颈椎骨的空穴。但是猫头鹰完全不是这样，它们有着允许动脉进行更灵活的活动的结构。”参与这项研究的霍普金斯大学医学成像师梅尔卡多（Fabian de Kok-Mercado）说。

研究组发现，猫头鹰的椎动脉在接近头部的第12颈椎处进入脖子，而不是像一般鸟类在第14颈椎处，这意味着动脉有了更多的空间，并且更加松弛。

研究组还在猫头鹰身上发现了颈动脉和脊动脉之间的微血管结构，而成年人类并没有这种结构。这种结构使得这两根血管之间可以发生血液交换。研究者说，这些所谓的微血管结构，还包括一个专门的三叉血管，使得即使在极端的颈部扭转堵塞了其中一条血液通路的情况下，流向大脑的血液仍然不会中断。

研究者称下一步计划是检查鹰的动脉，以此研究其他鸟类是否也有着为了转动脑袋的相同的适应性结构。

参与研究的医学成像师梅尔卡多（Fabian de Kok-Mercado）和实验中用到的猫头鹰。图片来源：hopkinsmedicine

编译自：hopkinsmedicine