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“迷你大脑”发出类似早产儿的脑电波 类器官将形成自我意识?

http://www.tzgcjie.com 来源:前瞻网            发布时间:2018-11-16 14:19:41

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图片来源:Muotri Lab/UC San Diego

在一个器皿里培育的“迷你大脑”第一次自发地产生类似人类的脑电波,其脑电波模式看起来与早产儿相似。

这一进步可以帮助科学家研究早期的大脑发育。这一领域的研究进展相当缓慢,部分原因是难以获得用于分析的胎儿组织样本,并且几乎不可能在子宫内检查胎儿。许多研究人员对这些“类器官”的前景感到兴奋,这些“类器官”在作为3D培养物生长时,可以发展出一些在大脑中看到的复杂结构。但该技术也提出了关于创造可以发展意识的微型器官的伦理问题。

由加州大学圣地亚哥分校神经科学家Alysson Muotri领导的研究小组,诱导人类干细胞从大脑皮层中形成组织,大脑皮层是一个控制认知和解释感官信息的大脑区域。研究人员花费10个月在培养皿中培养了数百个脑器官,并测试了单个细胞,以确认它们表达出与典型人类大脑中所见的相同基因集合。该小组于本月在圣地亚哥举行的神经科学学会会议上介绍了这项研究。

令人惊讶的模式

Muotri及其同事不断记录小脑表面的电学模式或脑电图(EEG)活动。6个月后,类器官的放电速度高于之前创造的其他大脑类器官,这让团队感到惊讶。

EEG模式也出人意料。在成熟的大脑中,神经元形成同步网络,以可预测的节奏放电。但是,类器官显示出不规则的脑电图模式,类似于在发育中的大脑看到同步放电活动的混乱爆发。当研究人员将这些节律与早产儿的脑电图进行比较时,他们发现类器官的放电模式与受孕后25-39周出生的婴儿非常相似。

Muotri说,类器官并不是真正的人类大脑。它们不包含在大脑皮层中发现的所有细胞类型,并且它们不与其他大脑区域连接。

但他的小组现在正致力于长时间培育类器官,看看它们是否会继续发育成熟。研究人员还计划通过将这些结构连接到模拟大脑或身体其他部分的类器官,来探索这些结构是否像正常大脑皮层一样起作用。

脑电波比较

“这非常有趣且非常令人惊讶。”费城宾夕法尼亚大学的发育神经科学家Hongjun Song说。虽然这项工作还处于初步阶段,但他补充说,与早产儿脑电图模式的相似性表明,类器官最终可用于研究大脑发育障碍,如癫痫或自闭症。

Song还认为,研究EEG模式如何从一个类器官中产生的,最终可以帮助研究人员了解在发育中的人类大脑中,EEG节律是如何出现。

但不是每个人都表示认同。赫尔辛基大学的神经生理学家Sampsa Vanhatalo说,仅仅因为类器官的脑电波看起来像是早产儿的脑波,这并不意味着它们正在做同样的事情。他开发了婴儿脑电图数据库,Muotri就是用其数据与类器官进行比较。

加州大学旧金山分校的神经学家Arnold Kriegstein表示,证明它们是相同的将很困难,因为研究人员对于婴儿的大脑知之甚少。他补充说,类器官可能缺少真是大脑中驱动EEG模式的关键部件。

意识的起源

华盛顿州西雅图艾伦脑科学研究所的主席兼首席科学官,神经科学家Christof Koch说,该项目提出了关于类器官能否发展意识的伦理问题。“它们越类似早产儿,就越应该担心。”

但他承认,很难知道器官何时是有意识的,因为研究人员甚至不同意如何测量成人的意识,或婴儿何时出现的意识。

Muotri表示,如果有证据证明类器官已经形成自我意识,他会考虑停止该项目,但现在还处于非常原始的阶段。“在这个阶段,这是一个非常灰暗的区域,我认为人们对这种潜力没有一个有清晰的认识。”

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