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科学家们在实验室里培育了一个微型大脑。它有类似人类的脑电波。

在实验室培育的微型大脑第一次产生了可检测到的脑电波。研究人员希望它能提供研究大脑疾病的新方法。但是类似大脑的“有机体”也提出了一些棘手的问题:意识何时开始,这项研究的方向如何。

脑电波是穿越大脑神经元的电脉冲,传递情感、行动和思想。

加州大学圣地亚哥分校的神经科学家Alysson Muotri在他实验室的培养皿中培育了100多个迷你大脑。他的研究结果发表在8月29日的《华尔街日报》上细胞干细胞。现在,他计划用这些微型器官作为模型来研究神经系统疾病,如自闭症或癫痫。

脑器有机体不是新的 - 科学家已经在十年内创造了它们 - 但是,与以前的大脑代理人不同,Mutori具有功能性,人类的神经网络:可以在大脑上传输信息的神经元网络。Mutori将此描述为“大脑活动的本质”。

加州大学圣地亚哥分校的神经科学家Alysson Muotri在他实验室的培养皿中培育了100多个迷你大脑。有史以来第一次,这些迷你大脑拥有了一个功能性的、类似人类的神经网络:一个可以在大脑中传输信息的神经元网络。图片来自加州大学圣地亚哥分校。

加州大学圣地亚哥分校的神经科学家Alysson Muotri在他实验室的培养皿中培育了100多个迷你大脑。有史以来第一次,这些迷你大脑拥有了一个功能性的、类似人类的神经网络:一个可以在大脑中传输信息的神经元网络。图片来自加州大学圣地亚哥分校。

由于这个原因,到目前为止,类脑器官只有在研究在大脑上留下可见痕迹的疾病时才派上用场。例如,宾夕法尼亚大学的神经科学家宋洪军(Honjun Song,他并没有和穆托里一起工作)就证明了大脑类器官的用处研究寨卡病毒。这种病毒会导致小头症,这种疾病会阻碍胎儿大脑发育,导致婴儿出生时头部异常小。宋将寨卡病毒与大脑类器官混合,观察到类似于小头症大脑的脑细胞死亡。

但是,实验室培育的具有功能性神经网络的大脑的可能性是诱人的。许多人患有神经系统疾病,如自闭症和癫痫,这可能会使大脑明显完好无损。精神疾病如精神分裂症、双相情感障碍或抑郁症很少表现出身体畸形。相反,这些条件会影响神经网络的功能——神经元如何连接并通过大脑发送电脉冲。

“真正解决人类状况或疾病的唯一方法是研究人类的大脑,”

Alysson muotri.加州大学圣地亚哥分校的神经学家

要想研究这样的神经元活动,需要一个有功能的大脑,但动物模型做不到,因为人类的行为和大脑是如此不同

Muotri说,当我们观察老鼠的行为并试图将其应用于人类行为时,我们几乎总是做不到。他说:“真正解决人类状况或疾病的唯一方法是研究人类的大脑。”

但是,在有人使用大脑的时候研究大脑,要么是高度侵犯性的,要么是极其有限的。数据采集很慢,而且大脑血流的功能磁共振成像只能告诉我们这么多大脑在做什么

按需生长的微型大脑——具有实际脑电波的大脑——可以使研究人员迅速进行试验和测试可能导致更好治疗的药物。脑电波是穿越大脑神经元的电脉冲,传递情感、行动和思想。

大脑器官只有一粒豌豆大小。按需生长的微型大脑——具有实际脑电波的大脑——可以使研究人员迅速进行试验和测试可能导致更好治疗的药物。Erik Jepson拍摄,加州大学圣地亚哥分校提供

大脑器官只有一粒豌豆大小。按需生长的微型大脑——具有实际脑电波的大脑——可以使研究人员迅速进行试验和测试可能导致更好治疗的药物。Erik Jepson拍摄,加州大学圣地亚哥分校提供

按需生长的微型大脑——具有实际脑电波的大脑——可以使研究人员迅速进行试验和测试可能导致更好治疗的药物。

Muotri花了10个月的时间才召集了一支豌豆大小的有机生物大军。他将人类干细胞放入培养皿,在培养皿中加入类似大脑的环境特征,然后退后观察它们的生长。

仅仅两个月后,培养皿中的电极就检测到了脑电波。这种微弱的信号很弱,也很少见,就像未成熟的胎儿大脑一样。随着大脑的成长,Muotri测量到脑电波的增加。在6个月的时候,一个神经元的电系统每分钟从3000个峰值跳到了大约30万个峰值,这个数字之前没有人在大脑器官中见过。

“我想一定是哪里出了问题。也许是电极出了故障,或者是某处短路了,”他说。当Muotri从不同的机器反复观察相同的数据时,他知道脑电波是真实的。

接下来,Muotri培训了一种机器学习算法来测量脑波并将它们与从医院记录中获得的36个早产婴儿进行比较。经过九个月后,计算机无法再与真正的人脑或脑器有机体之间的数据区分。这证明了信号与人脑的信号非常相似。

9个月后,这台机器不再能够区分来自真实人脑或大脑器官的数据。

宋认为Muotri的有机体是“一个好的开始”。他说,这与真正的大脑相距甚远,因为它是如此之小,缺少如此多的组成部分,但它仍在进步。

“这项工作确实表明,这种有机物具有复杂的神经活动模式,为未来的研究提供了依据。它们使我们能够研究(脑电波)是否会在不同的疾病中发生改变。我们通常没有机会进行这方面的研究,”宋说。

来自自闭症儿童的人类神经元。

来自自闭症儿童的人类神经元。资料来源:Muotri UCTV实验室

Muotri已经进入了他的下一步,将迷你大脑用于自闭症研究,他还成立了一家公司,生产用于商业用途的有机化合物,比如测试新药。他说,有可能创造出几乎任何有遗传因素的紊乱的大脑器官,比如自闭症。他的方法是用自闭症患者的细胞样本培养该器官,从而在该器官中运行他们的遗传密码。

“这项工作确实表明,这种有机物具有复杂的神经活动模式,为未来的研究提供了依据。它们使我们能够研究(脑电波)是否会在不同的疾病中发生改变。我们通常无法进行相关研究。”

但是,不要暗示这令人毛骨悚然的音乐,把你的头向后仰,并尖叫,“它是活着的!”没有血液或身体的支持,这个微小的器官永远无法长成一个完整的人脑。尽管如此,这一新领域仍在研究界引发伦理问题。大脑类器官有意识吗?

大脑类器官有意识吗?

“特征是相似的,但我不会说盘子里有一个功能性的大脑,或者其他类似的东西,”宋说。

Muotri表示同意。他说,大量的脑细胞离真正的大脑还很远,但在这个方向有希望。因此,Muotri将在今年秋天召开一次会议,召集科学家和伦理学家讨论大脑类器官中存在意识的可能性,无论是现在还是将来。

“这项研究的最终目标是帮助数百万人,就像任何其他技术一样。我觉得我们应该停下来,看看情况会怎样。我们能走多远?”

Alysson muotri.

“我不想让社会产生一种错误的印象,认为我们在创造能够思考和与你交谈的大脑。我们肯定还没到那一步。”但就连Muotri也计划谨慎行事。“这项研究的最终目标是帮助成千上万的人,就像其他任何技术一样。我觉得我们应该停下来,看看情况会怎样。我们能走多远?”

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