本文來自公眾號(hào)：神經(jīng)現(xiàn)實(shí)（ID：neureality），作者：Thiago Arzua，現(xiàn)在威斯康辛醫(yī)學(xué)院攻讀神經(jīng)科學(xué)博士學(xué)位，翻譯：狼顧，校對(duì)：張蒙，蜂蜜：The Artworks Illustration
“迷你大腦”被用來模擬和研究遺傳疾病、主要精神疾病、阿茲海默癥等神經(jīng)退行性疾病，甚至人類演化。
我們正處于類器官的潮流中，這些微型器官模型正快速取得令人興奮的新進(jìn)展，而類腦器官是其中最有趣的一個(gè)。類腦器官于2013年首次被提出，這些“迷你大腦”被用來模擬和研究遺傳疾病、主要精神疾病、阿茲海默癥等神經(jīng)退行性疾病，甚至人類演化。
迷你大腦僅有豌豆大小，卻能夠重現(xiàn)關(guān)鍵的腦功能。它們是近期的研究熱點(diǎn)，科學(xué)家認(rèn)為它們能夠最終用于模擬目前不適合在嚙齒類或其他動(dòng)物身上研究的神經(jīng)疾病。
神經(jīng)元（橙色）與納米線陣列接觸的彩色掃描電鏡圖像
圖片來源：Thiago Arzua, Massive Science
過去的研究曾成功發(fā)現(xiàn)了與這些疾病有關(guān)的基因和蛋白質(zhì)改變，然而，研究患病大腦的功能改變，即患者的神經(jīng)元如何工作，又如何與其他細(xì)胞相互作用，這仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。神經(jīng)元通過傳輸電信號(hào)互相交流，所以要想全面了解它們?nèi)绾喂ぷ?，就?yīng)研究電學(xué)層面的細(xì)胞運(yùn)作方式。
目前，科學(xué)家們已經(jīng)知道迷你大腦可以產(chǎn)生自發(fā)動(dòng)作電位，但是簡(jiǎn)單的動(dòng)作電位和復(fù)雜的思維活動(dòng)之間仍橫貫著一道鴻溝。
腦中以特定頻率發(fā)生的動(dòng)作電位被稱為神經(jīng)振蕩，或稱腦電波。不同頻率的腦電波與不同的精神狀態(tài)有關(guān)，例如，深度睡眠時(shí)的腦電波就以每秒鐘1次~4次的頻率振蕩。腦電波也與不同疾病有關(guān)聯(lián)，所以，類腦器官要想成為科學(xué)家需要的疾病模型，就必須能夠產(chǎn)生腦電波或其他電活動(dòng)。
阿茲海默癥和精神分裂癥等疾病很復(fù)雜，且大多數(shù)情況下，在對(duì)神經(jīng)元造成明顯損傷之前，腦中的電活動(dòng)就會(huì)發(fā)生更微妙的變化。
現(xiàn)在，一篇最近發(fā)表的文章發(fā)現(xiàn)迷你大腦確實(shí)可以產(chǎn)生腦電波。由克萊伯·特魯希略（Cleber Trujillo）領(lǐng)導(dǎo)，包括艾里森·穆奧特里（Alysson Muotri）在內(nèi)的研究團(tuán)隊(duì)記錄到了類腦器官在10個(gè)月內(nèi)產(chǎn)生的電活動(dòng)。其他的類腦器官研究一般只關(guān)注前幾個(gè)月中的類器官發(fā)育，因?yàn)槊阅愦竽X僅兩個(gè)月就長(zhǎng)出了清晰的輪廓結(jié)構(gòu)并停止生長(zhǎng)。而這項(xiàng)新研究表明，類腦器官的培育時(shí)間越久，它們的細(xì)胞組成就越復(fù)雜，神經(jīng)元的電活動(dòng)也越復(fù)雜。
特魯希略及其同事發(fā)現(xiàn)在第4個(gè)月時(shí)，類器官出現(xiàn)了類似于我們?nèi)四X睡眠時(shí)產(chǎn)生的緩慢腦電波。甚至當(dāng)它們形成一定結(jié)構(gòu)并停止長(zhǎng)大后，細(xì)胞類型的組成仍在變化，且細(xì)胞多樣性隨時(shí)間不斷增長(zhǎng)。這些細(xì)胞改變很有可能與腦電波模式的改變相關(guān)。
為檢驗(yàn)這些成熟的類腦器官能在多大程度上模擬人腦，研究者將類腦器官產(chǎn)生的電波與早產(chǎn)兒的腦電圖（EGG）進(jìn)行了對(duì)比。他們使用早產(chǎn)兒的腦波數(shù)據(jù)訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)算法，再將其應(yīng)用到類腦器官上。他們發(fā)現(xiàn)某些特定的大腦功能，例如自發(fā)活動(dòng)轉(zhuǎn)變（形成更復(fù)雜神經(jīng)連接必不可少的大腦活動(dòng)爆發(fā)），在早產(chǎn)兒大腦中和在類腦器官中非常相似，且培養(yǎng)越久的類腦組織越接近。換句話說，在成長(zhǎng)10個(gè)月后，類腦器官開始出現(xiàn)與胎兒大腦相近的電活動(dòng)。
這是我們首次擁有了不僅能夠在結(jié)構(gòu)和細(xì)胞組成上，還能在某些大腦功能上模擬胎兒大腦的類腦器官。這帶來了復(fù)雜的倫理問題，也質(zhì)疑了我們能否在類腦器官研究上再向前走。在不久的將來，我們也許能在實(shí)驗(yàn)室中創(chuàng)造出意識(shí)，一些哲學(xué)家和科學(xué)家對(duì)此表示擔(dān)憂。
關(guān)于這些科學(xué)進(jìn)步的倫理和道德討論應(yīng)當(dāng)從現(xiàn)在開始。我們生活在一個(gè)技術(shù)發(fā)展比圍繞它們的倫理討論快得多的時(shí)代，而我們必須防止對(duì)這些技術(shù)不負(fù)責(zé)任的使用。
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微擾復(fù)雜性指數(shù)（Perturbational Complexity Index，簡(jiǎn)稱PCI）是一項(xiàng)可以成為在類器官研究中防止科學(xué)家跨過道德和倫理紅線的工具。PCI尚未在人類中得到徹底驗(yàn)證，但已被提議作為一種測(cè)試昏迷和無意識(shí)患者大腦活動(dòng)的方法。通過使用一些相對(duì)無害的方法，如經(jīng)顱磁刺激（一種用磁線圈刺激腦的方法），醫(yī)生和科學(xué)家可以暫時(shí)中斷大腦的正?；顒?dòng)，并測(cè)量其恢復(fù)的速度。這可以提供一些關(guān)于病人或類腦器官意識(shí)程度的線索。
謝天謝地，缸中之腦的荒誕故事只存在于科幻小說里。類器官研究的進(jìn)展是令人興奮的，相比其他針對(duì)疾病機(jī)制的研究，它打開了治療阿茲海默癥、帕金森癥和精神分裂癥等我們?nèi)愿屑值娜祟惿窠?jīng)疾病的大門。
類器官領(lǐng)域有些特殊，需要不同專家的投入，以確保我們釋放這些微型器官的全部潛力時(shí)合乎倫理規(guī)范且認(rèn)真負(fù)責(zé)，以期幫助全世界的患者。
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