最近科学家发现大脑可以被类器官模仿复制,包括大脑的功能和神经元网络以内的组织,虽然能复制大脑,差别还是巨大的因为类器官并不能思考,如果应用于研究大脑的潜能和治疗疾病这是不可多得的效应,此举定会是多多益善于人类自身的事物
在大脑类器官中观察到了自组织和复杂的神经网络活动,类器官是类似于人大脑的人工生长的3D组织培养物。这些类器官可以帮助我们进一步理解各种大脑功能,例如记忆和意图以及神经精神疾病的基本机制。
如图是干细胞技术的最新进展已使研究人员能够以3D方式从人多能干细胞(hPSC)构建大脑组织。
脑类器官具有与大脑相同的结构和生理结构,大脑皮层是大脑中最大,最复杂的组织,包括以神经网络组织的组装的活化细胞。
如上图这些类器官的优点是它们可以模仿大脑发育,因此可以代替大脑,不仅可以模拟大脑的发育,而且可以用来模拟与大脑有关的疾病,例如小头畸形,胶质母细胞瘤和蒂莫西综合症等
模仿大脑的发育过程
研究人员通过将细胞放置在模仿大脑发育所需环境的培养基中,从hPSC球中生长出活跃的大脑类器官。
人类大脑发展的历程他们通过SFEBq(具有快速重新聚集作用的类胚体样聚集体的无血清漂浮培养物)产生了类器官。这种方法由干细胞先驱者SasaiYoshiki率先提出,现在已成为生产这种组织的最常用方法之一。
“这些类器官的最有趣的特性之一是它们实际上以其形状再现了大脑的发育过程,”这项新研究的团队成员和主要作者HideyaSakaguchi解释说。“它们的分层结构非常漂亮,看起来就像实际的大脑组织。”
该团队将类器官培养了70至天,将它们分解成单个细胞,然后将它们分散到另一个培养皿中。坂口说,散布的细胞以自组织的方式创造了神经元网络。
同步突发
研究人员测量了一个区域中所有神经元细胞的钙离子(Ca2+)活性,并绘制了反映0多个细胞活性的模式图。Ca2+的浓度在神经元活动期间波动,异常的Ca2+信号被认为与脑部疾病如癫痫和阿尔茨海默氏病有关。
通过以这种方式对网络的细胞内钙动力学进行成像,Sakaguchi及其同事发现网络中的细胞显示出同步的爆发性活动,并伴有一些自发的个体活动。
研究人员使用一种流行的技术来测量其类器官中的神经元活性,该技术依赖于使用共聚焦或多光子显微镜检测当Ca2+离子与神经元中的钙指示剂结合时产生的荧光。
Sakaguchi解释说:“我们之所以选择这种方法,是因为它可用于检测神经元网络的形状并将其与功能联系起来。”
“将这项技术与我们的高内涵分析方法结合在一起,可以使同步和非同步的网络集群可视化,并将同步的网络集群划分为几个较小的集群,从而为我们提供有关小区分布的信息。”
所面临无法避免的道德问题
至少可以这么说,实验室中不断增长的人工大脑是一个敏感的研究领域,许多人对道德问题(例如,关于这些脑器官的神经功能)提出了担忧。
由于这些结构模仿了大脑的发育过程,因此它们将来还能获得意识活动等心理活动吗?高桥和坂口不这么认为-仅仅是因为类器官缺乏周围环境的感官输入。
人的意识是需要主观经验的,没有感觉的脑器官是不会有感觉输入和运动输入的,这也说明脑类器官是无法做到像人类一样能思考
如果具有输入和输出系统的类脑器官发展出需要道德考量的意识,那么这些类脑器官的基础和应用研究将成为人们的巨大伦理挑战。
类脑器官的三个主要应用领域
生物研究在未来将有三个主要应用领域。首先是药物发现。例如我们的分析技术可以使我们检测出引起神经网络异常活动的最小药物剂量,这对于希望替换依赖动物模型的传统药物评估方法的制药公司可能很有用。”
研究的第二个领域是对神经精神疾病(特别是复杂的,目前无法治疗的疾病)进行建模,并通过分析细胞的活动模式更好地了解那些会降低神经元活动的疾病。最终,这可能会导致使用源自患者的诱导性多能干细胞(iPSC)产生可靠的精神疾病模型。
第三个领域涉及再生医学–尝试改善由脑出血,脑梗塞或身体创伤等特定疾病引起的脑功能丧失。
综观所述尽管类器官不能真正地学人思考,可以复制大脑的部分功能使用,如果往好处想是前显而易见的,除了探究未知的大脑潜能、神经疾病外,还具备扩展到人工智能、AI无人识别智能驾驶技术等领域,相比以前,用科学造福于人类是我们生活最美好的时代。