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核心提示: 日前,研究人员从在实验室培育出的豌豆大小的“微型大脑”中探测到脑电波,这些脑电波与已探明的早产儿脑电波模式相似。这是学术界首次在实验室培育的类脑器官中探获脑电波

日前,研究人员从在实验室培育出的豌豆大小的“微型大脑”中探测到脑电波,这些脑电波与已探明的早产儿脑电波模式相似。这是学术界首次在实验室培育的类脑器官中探获脑电波。

研究人员发现,类脑器官最初发出的脑电波较稀少且频率单一,后续探测到更规律的不同频率脑电波,显示类脑器官的神经网络进一步发育。

研究人员认为,这些类脑器官没有意识、不能思考,但随着类脑器官研究向前推进,实验伦理问题也将引发关注。

据美国媒体近日报道,科学家首次从在实验室发育的“微型大脑”中探测到脑电波,为建立神经条件模型和回答有关大脑灰质如何发育的基本问题铺平了道路。

脑电波爆发

“微型大脑”更正式的名称是“类脑器官”——这是豌豆大小的人类脑组织块,其细胞结构与真实的大脑非常相似。它们是通过将人类多功能干细胞置于一种模拟大脑发育环境的培养液中制成的。在培养液中,干细胞开始形成不同类型的脑细胞,并将它们排列成正确的三维结构,最终得到一个小小的原始大脑。

据报道,大约10年前,研究人员已经开始从成体干细胞中提取类脑器官,但以前从未开发过功能神经网络,也从未探测到脑电波。

加利福尼亚大学圣迭戈分校生物学家阿里森·穆特里的团队多年来一直在研究类脑器官,致力于构建一个可以作为未来研究模型的大脑。在新的实验中,穆特里团队优化了培养干细胞的方法,包括优化培养基配方,并让神经元有足够的时间发育,就像婴儿胚胎的大脑在子宫中发育一样。

在10个多月的时间里,研究人员培育了数百个这样的微型大脑,新配方使它们能够形成更好的神经元和突触网络。

为了评估这些实验室培养的大脑的神经活动,研究团队将电极列阵插入培养皿中,监测它们产生的神经信号。

“如果你5年前问我,你是否认为一个类脑器官会发育出一个能够产生脑电波的复杂网络,我的回答是不会。”穆特里说。

大约两个月后,突破出现了——研究团队开始探测到来自这些类脑器官的脑电波爆发。这些信号很稀疏,频率相同,这是在非常不成熟的人脑中可以看到的模式。

但随着微型大脑继续生长,大约到6个月左右,它们产生了不同频率的脑电波,信号出现的频率也更有规律,这表明它们的神经网络得到了进一步的发展。

研究人员借助电脑程序把这些脑电波与39名早产儿大脑活动数据做比较,程序判断这些类脑器官产生的脑电波与6个月左右早产儿的脑电波相似。

“我们距离培育确实能产生早期复杂神经网络的(人脑)模型又近了一步。”穆特里说。

未来可用于模拟疾病发展

研究人员还发现,微型大脑神经系统的生长在9到10个月左右趋于稳定,不再发育。“对此我很好奇。我想知道这是不是因为我们没有一个血管系统来让营养物质进入大脑,或者是因为微型大脑缺乏‘感官输入形式的刺激’的原因。”穆特里说,他希望检验这两种假设。

“我们可以用类脑器官来做一些拓展研究,包括了解正常的人类神经发育、疾病建模、大脑进化、药物筛选,甚至为人工智能提供信息。”穆特里说.

据报道,早期的类脑器官可被用来模拟大脑暴露在寨卡病毒等疾病下会发生什么,寨卡病毒如何导致身体畸形。

另外一些神经系统疾病,如自闭症、癫痫,甚至精神疾病等,都是由大脑网络的连接方式出错而非畸形引起的。通过从患有这些疾病的个体的干细胞中创造出类脑器官,科学家们或能更好地模拟这些疾病的发展,期待有一天能找到治疗方法。

穆特里不能百分之百确认这些类脑器官是否有意识并能思考,他的感觉是“没有”,“类脑器官还是一个非常基础的模型,不具备大脑的其他部分和结构,所以这些脑电波或许与真正大脑的活动无关。”他说。

伦理风险

限制在哪里?

重建大脑也有伦理上的风险。有人曾提出发人深省的哲学场景——“缸里的大脑”实验。该场景描述了这样一种情况:一个连接到超级计算机并接收信号的大脑仍然应该被认为是一个真正的生命,尽管它只是作为一个大脑而存在。

“随着我们越来越接近人类大脑,所有这些伦理问题都会出现。”穆特里说,他提议大脑重建实验应该像动物实验一样受到监管。“如果我们发现这些类脑器官具有某种意识、自我意识或痛感,它们可能就需要有一种‘道德地位’。”穆特里说,人们应该决定科学实验的限制在哪里。(记者 温俊华 编译 )

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