2019-10-11
脑类器官的横截面新浪科技讯 北京时间10月11日消息，科学家以非侵入性的方式研究人类大脑的方法之一，就是在实验室里培育“迷你大脑”。这些微型大脑其实是大脑细胞的集群，其体积约为豌豆大小。近日，一个研究团队报告称，他们从这些脑类器官（brain organoid）中观察到了类似人类的脑电波。这是一个相当令人惊奇的进展。
10个月大的脑类器官，大小与豌豆类似此前对微型大脑的研究已经展示了运动和神经束的发育过程，但这项新研究则是首次记录了似人类的神经活动。领导该研究的是加州大学圣迭戈分校的生物学家艾里森·穆特里（Alysson Muotri）。在近日发表在《细胞·干细胞》（Cell Stem Cell）杂志上的论文中，研究人员写道，他们观察到的脑电波模式类似于发育中的人类婴儿大脑。穆特里表示，微型大脑是一个先进的体外模型，在这一发现的基础上，科学家可以利用微型大脑来研究大脑发育、对疾病建模，以及了解大脑的演化。
“我们擅长研究癌症，也擅长研究心脏，”穆特里说，“但大脑的研究已经落后了。”
在学术上，这些微型大脑被称为类器官（organoid）。为了培育它们，研究人员将多功能人类干细胞引入一个富含营养的培养皿中，这个培养皿旨在模拟我们大脑发育的环境。由于干细胞的多能性（即它们有可能发育成不同类型的细胞），通过刺激，它们可以形成一种三维结构，看上去类似于正在发育的人脑，尽管体积要小得多。在大约两个月的培育过程中，研究小组开始注意到微型大脑的神经网络中出现了神经活动的波峰，这是以往没有观察到的。
研究人员之一、博士生理查德·高（Richard Gao）表示，在开始观察这些间歇性的电活动时，他们的初衷并不是寻找微型大脑和人类婴儿大脑之间的相似性。
“我们发现这些类器官（电活动）振荡的一个显著特征是，它们是爆发式的：这个网络在大部分时间是不活跃的，大约每隔10到20秒，就会自发地发生一轮活动，”理查德·高说，“这让人想起早产儿的一个特征，即脑电活动不连续。在这种情况下，婴儿的脑电图（EEG）在大部分时间都非常不活跃，不时出现强烈的振荡瞬变……我们当时非常幸运，找到了一个数据集，里面报告了早产儿脑电图的这些特征。”
研究团队训练了一种机器学习算法，来识别早产儿脑电图的突出特征，并用其评估人类大脑与脑类器官的相似性。穆特里指出，该算法能够预测在培养过程中类器官发育了多少周，而在发育到25至40周之间时，该算法就不能再区分脑类器官和婴儿的脑电图。
但是，穆特里澄清道，这两者之间的比较并不一定是一对一的。早产儿的脑电图具有某些特征和局限性，包括发育中的人类颅骨厚度对读数的影响，因此与实验室培养的脑类器官有所不同。穆特里表示，出于研究的目的，他们排除了这些不可比较的变量。
然而，为了真正巩固这些结果，研究人员表示，婴儿脑电图和类器官之间的差异需要得到调和。
加州大学旧金山分校的神经学家阿诺德说：“我认为，这种类器官活动与早产儿脑电图有多么相似是不大可能的。”他说：“类器官中自发活动的发育相当有趣，研究人员已经令人信服地表明，这依赖于神经元的活动。但是，类器官与实际发育的大脑皮层非常不同，以至于即使现象学上是相似的，我们仍然需要更好的证据来证明潜在的机制是相同的……这就像对苹果和桔子进行比较：虽然它们都是水果，但其实是不一样的。”
尽管如此，克里斯坦仍表示这项研究是回答这些问题的重要一步。
穆特里指出，该实验和其他类似实验提出的另一个问题是，微型大脑是否可以被认为具有意识，以及未来可能会出现什么样的伦理困境。克里格斯坦认为，这些脑类器官还没有发育到可以被认为具有意识的程度。
对此穆特里的看法是，他还不能做出肯定的回答。“我最初的回答是，‘我不这么认为’，但事实是，无论如何我们都没有证据，”他说，“我们还没有测试的方法。”
为了解决这个问题，穆特里计划于今年10月在加州大学圣迭戈分校与一些科学家、哲学家和伦理学家举行会议，讨论此类技术在未来的伦理前景。
“我总是倾向于说，就像其他任何技术，比如接受输血或器官移植，甚至是普通汽车，”穆特里说，“这些技术的应用都有好的方面，也有坏的方面，但作为人类社会而言，我们要同时看到这两方面……我认为脑类器官也会朝着同样的方向发展。”（任天）
