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迷你大脑已培育成功,何时才会产生意识

本文参加百家号科学#了不起的生命医学#系列征文

如今的生物科学正在高速公路上狂奔,其中一个热门内容就是干细胞研究,为什么人类的断肢无法再生?为什么人类的大脑一旦受到永久伤害就无法恢复?因为这些细胞都是分化后就无法继续分裂的成熟细胞,而“干细胞”就是还未经世事的小白,它可以分化成任何细胞,开发前景十分诱人。想象一下在未来很多现在没救的伤残都可以通过干细胞技术拯救,断掉的手脚都可以再次长出来,是人类医学的又一次革命。

干细胞技术前景无限

什么是类器官

在这个热门研究领域有一个方向,叫类器官,是将人类已分化的细胞(比如表皮细胞)通过基因编程使逆分化为干细胞,再用合适的化学物质和生长因子进行诱导,让它成为一些特定的细胞,比如肝脏细胞或心肌细胞。这些细胞就会生长成团,并能够体现一定的器官特性。这对于医学研究非常有帮助,学者们可以在不“见血”的情况下研究一个活体器官,观察可以变得更全面更准确。

人体不同器官的细胞

作为研究的热门领域,人类身上最大的迷团,脑的类器官自然是不可能缺席的,在年时,科学家就已经培养出了小小的,白色的像雪媚娘一样的脑组织类器官,但是它们只是一个细胞团块而已,还没有一点点脑的特征。

脑的类器官

脑组织类器官大突破!

但是就在上个月,一篇发布在《CellStemCell》学术期刊上论文让我们见到了全新进展,一名叫Muotri的研究员和他在加利福尼亚大学圣地亚哥分校的同事发现了一个不得了的现象,他们培养的脑组织类器官让电脉冲仪上出现了波动,Muotri大吃一惊,他第一反应是电极是不是出现问题了,但是随后他意识到,并非如此,这是脑电波!这枚如豌豆大小的类器官已经出现了类似真正脑组织的电信号活动!

论文团队研究成果!

论文中描述,这些脑组织类器官在培育到大约两个月的时候就能检测到脑电波的爆发。之后随着它们的进一步生长,脑电波开始变得越来越有规律,也越来越稳定,这表明神经元正在相互连接,到大约10个月的时候,脑组织类器官开始停止生长,论文作者解释说这可能是因为它需要其他身体组织的支援才能继续生长,或者说10个月后这些细胞说已经开始出现部分死亡的情况了。

放大图

研究人员随后开发了一种基于新生儿脑电波数据的AI算法,用来预测类器官大约相当于人类大脑发育的年龄。该算法分析来自脑电图(EEG)的信号,一个使用电极检测大脑中的电活动的设备。然后发现类器官发出与早产儿相似的脑电波。这是人类第一次在类器官发现接近大脑活动的证据。

这项成果有什么用?

“一直以来人们都认为大脑若想工作,就必须要保持一个完整的组织结构,可是现在我们知道,其实并不需要那么完美”论文作者如是说。

培育过程

科学界在对于人类大脑早期发育的研究方面一直是处于落后状态,因为我们没有研究活体胎儿的可能性。现在类器官的突破给了科学家们一道曙光。而且这些类器官还可以应用于各种精神类疾病的研究,因为现在科学家们已经知道,譬如自闭症、癫痫、精神分裂症、双相情感障碍和抑郁症等,都是因神经元连接回路出现问题所致。现在科学家可以用这些类器官进行破坏性实验,对比并找到病灶所在。

会不会有什么不妥?

现在Muotri团队整的这个小型器官还没有这种困扰,就像上文所说的,发育到10个月就中止了,也没有形成更复杂的结构。其实它也不可能出现更加复杂的结构,因为人脑虽说是由神经元构成的,但事实上却有超过种不同的细胞构成,而大脑组织类器官则只有18种,数量差的实在太多了,就像是摩天大楼和田边旱厕的区别。

干细胞电镜扫描图

同时我们也可以预见到终有一天,这种类器官一定会突破10个月的限制,到那时候人们还是要面对如何对待这些实验用品的伦理道德问题。现在有实验还只是局限在光照刺激的水平,如何以后我们的实验对象是一个封闭在无限黑暗中的孩子,你能接受吗?

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