@ 2018.11.29 , 15:00

人造迷你大脑首次表现出了类似人类婴儿的脑波活动

人造迷你大脑首次表现出了类似人类婴儿的脑波活动

在实验室中制造的脑组织第一次表现出了自发的脑电波活动,并且看起来与人类大脑的活动模式具有惊人的相似性。更准确点说,类似于早产儿的脑神经活动。

现在(11月16日),这一惊人发现尚未经过同行评审,但如果得到确认,它将是一桩巨大的成就,为以后关于脑部病变早期发展的研究带来了无限的可能性。

这也让一些科学家犹豫不决。

这些在实验室中“种植”出来的大脑被称为类器官——在实验室环境下,为了研究目的培育出3D、微缩、简化版本的人体器官模型,可以用来测试药物反应或细胞在某些不利条件下的发育状况。

神经科学家Alysson Muotri多年来一直在加利福尼亚大学圣地亚哥分校实验室开发脑类器官,但这是他和他的团队第一次观察到类器官展现出类人脑的活动。

他们利用人类多能干细胞培育出所需的类器官,诱导这些“空白载体”发育成大脑皮层的细胞。大脑皮层区域负责记忆、感知、认知、思维以及感官处理等重要功能。

10个月的时间里,培养基中生长着数百个这样的迷你大脑,然后对它们进行测试,以确保相关基因被正确表达。他们还用脑电图(EEG)持续监测生长中的类器官。

据Nature报道,在6个月后,EEG检测到了出非常显著的脑活动信号——远远超过团队之前曾经检测到过的任何脑波强度。

经分析,信号模式与成年人有组织、可预测的大脑活动不太相似。但它确实与其他类型的人类大脑活动有相似之处。它与早产婴儿不规律的脑电图模式相符合。

研究人员在论文中写道:“虽然来自类器官的神经网络活动没有表现出成人大脑的复杂性,但静止和突发式的交替周期类似于人类早产婴儿脑电图中出现的电生理特征。”

当然,它们并不完全一样。但是,利用早产婴儿EEG特征训练出的机器学习算法能够识别出了迷你大脑和人类婴儿大脑在发育时间线上的许多共有特征。过去28周,类器官似乎与同龄的早产婴儿位于相似的发育轨迹。

脑类器官和真正的人类大脑有所区别——不仅仅是更小和被简化,它缺少与大脑其他区域连接。在设计时,并没有添加某类对神经元正常功能至关重要的蛋白质。

但它们已经足够接近真正的大脑,可以被用来更好地理解大脑的发育过程;毕竟招募婴儿做志愿者有些困难,而成年人的大脑则过于复杂。

“我们并未声称类器官和完整的新生儿大脑皮层之间具有同等的功能,”研究人员写道,“目前的结果仅仅代表了体外器官模型迈向成功的第一步,该模型重现了人类大脑某些复杂的时空振荡动力学特性。”

研究人员将尝试进一步开发类脑细胞。

但是其他人真正关心的是,实验大脑诞生出意识的可能性。到目前为止,还没有哪个大脑表现出任何有意识的迹象,但随着实验的继续,它将成为可能。

西雅图艾伦脑科学研究所的神经科学家Christof Koch告诉Nature,“他们越成功,他们就越应该感到担心。”

按照设计,类器官缺少必要的组件,不大可能发育成真正的人脑,所以研究人员此刻并不感到担心。但是,如果真的出现了意识活动,他们会考虑终止该项目。

该研究被发表在神经科学学会11月初的年会上,右侧链接为保存在预印本bioRxiv上的论文

本文译自 sciencealert,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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