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迷你“人造大脑”初具雏形,未来....
发布时间:2019-09-17 07:12 来源:神译局

编者按:一项新的科研成果为研究精神疾病提供了新的途径——类器官体。但这项科研成果同样引发了所谓的类器官体是否能产生独立意识的道德和伦理问题,不过庆幸的是,距离真正的“人造大脑”问世,也许还要很久很久。本文译自medium,文章作者Emily Mullin,原文标题Mini-Brains Grown In a Lab Have Human-Like Brain Activity。

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图片来源:Muotri Lab-UCTV

当Alysson Muotri在实验室里培育的豌豆大小的人类脑细胞开始发出电脉冲时,他惊呆了。一开始,他还以为是自己使用的电极发生了故障。

但他错了,发出了脑电波的是人类脑细胞。“这对我来说是一个很大的惊喜,”他说。

大脑细胞的三维团块被称为类有机体,类似的复制品通常被用于疾病和药物研究。但在此之前,还没有哪个“迷你大脑”显示出脑电波的迹象。

这件事是2016年的事了。现在,加州大学圣迭戈分校(University of California,San Diego)的Muotri和他的同事们在《Cell Stem Cell》杂志上发表了一项新的研究,详细介绍了他们对类有机体的发现。

科学家们要彻底了解人脑,还有很长的路要走。释放脑电波的类有机体可能为研究开辟新的天地。但随着迷你大脑成为更为精致和逼真的大脑复制品,它们也引发了伦理问题,比如知觉从何而来,在研究中是否需要向这些组织提供类似给动物和人类的那种保护。

Muotri的研究小组首先将成体皮肤细胞编程成干细胞,使之能够分化成任何类型的细胞,从而培育出了类有机体。通过适当的化学物质和生长因子的混合物来刺激细胞生长,Muotri和他的团队能够诱导细胞变成不同类型的神经元。通过这一途径,他们培育出了数百种比之前更成熟的有机体。

通过使用电极,他们在大约两个月的时候第一次检测到脑电波的“爆发”。随着类器官体的生长,它们逐渐产生了不同频率的脑电波,信号也变得更有规律,表明神经元正在形成连接。然后,大约10个月后,神经活动趋于平稳。Muotri说,这可能是因为需要更多的神经元来继续发育,或者类器官体中的一些细胞在10个月后开始死亡。

然后,研究人员根据新生儿的数据开发了一种机器学习算法,看看他们能否预测类器官体中大脑发育的年龄。该算法分析了脑电图(EEG)发出的信号,发现这些器官发出的脑电波与早产儿类似。这是第一次在类有机体中发现这种大脑活动的研究。

Muotri表示:“人们可能会认为,大脑要真正形成复杂的网络、拥有日常我们利用的那些功能,就必须是一个完整的大脑才行。其实根本不需要那么多。”

这些被保存了数年的类有机体,可以帮助我们更好地研究早期大脑发育的过程。不过,这样的工作也具有挑战性,部分原因是胎儿的脑组织很难获得。另外,类有机体对药物的检测也很有价值。

Jennifer Erwin是马里兰州巴尔的摩市Lieber大脑发育研究所(Lieber Institute for Brain Development)的分子遗传学家和神经学家,她表示,加州大学圣迭戈分校研究小组的类有机体研究是一项重大进展,它将使研究人员能够更好地研究精神疾病,比如精神分裂症——当前,精神分裂症折磨着300多万美国人,而这些人一直顽固地拒绝接受治疗。

她说:“我们知道许多神经和精神疾病之所以发生,是因为神经回路的活动被打乱了。”例如,在自闭症、癫痫、精神分裂症、双相情感障碍和抑郁症中,研究人员无法从培养皿培养的细胞中观察到大脑的明显病变。现如今,有了类器官体这项进展,研究人员可以很容易地研究患有这种疾病的人的脑电波,并将其与在类器官体中观察到的脑电波进行比较。

杜克大学(Duke University)的教授Nita Farahany专门研究新兴神经技术的生物伦理学。他表示:“我很高兴看到这一系列的科学进展,但是大脑替代物越精致,它面临的道德问题也就越复杂。”

Farahany说,随着迷你大脑越来越先进,研究人员需要考虑类器官体是否最终能够获得意识,如果是的话,在涉及类器官的研究中可能需要什么指导方针。而且整个社会也将不得不面临这样一些问题:例如科学家应该被允许将人类具有意识体验的类器官移植到动物身上吗?

Farahany提醒道:“我们需要开始思考这样的问题了,即这些类有机体将来是否有可能发展出类似于感知的能力。”

在Muotri和他的团队制造的大脑类器官体中,神经发育在某一时刻停止了,但在未来,科学家们可能会找到一种方法,让类器官体在实验室中度过极度幼年期后继续发育。到目前为止,科学家们只对类有机体进行了基本的感官测试,比如对它们进行光照测试它们的反应。

Farahany说,研究人员是否应该像“拥有”其他类型的组织一样“拥有”这些迷你大脑,以及在研究结束后如何处理这些迷你大脑,同样是个棘手的问题。Muotri则认为在这个阶段对类脑器官体的研究施加任何限制都为时过早,但他也承认“我们不知道这项技术的潜力”。科学家们甚至不清楚意识是什么,这意味着很难知道什么时候类有机物可能会超越细胞团块,发展出属于自己的独立意识。

不过,Muotri强调,类有机体距离上面的情况还早得很。毕竟真正的人脑中有超过10万种细胞类型。在他和他的团队制造的类有机体中只有18种。“你能感觉到的复杂程度区别有多大,”他说,“就意味着我们离真正的人脑组织有多远。”

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