本文來(lái)自公眾號：神經(jīng)現實(shí)（ID：neureality），作者：Thiago Arzua，現在威斯康辛醫學(xué)院攻讀神經(jīng)科學(xué)博士學(xué)位，翻譯：狼顧，校對：張蒙，蜂蜜：The Artworks Illustration
“迷你大腦”被用來(lái)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(lèi)演化。
我們正處于類(lèi)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(lèi)腦器官是其中最有趣的一個(gè)。類(lèi)腦器官于2013年首次被提出，這些“迷你大腦”被用來(lái)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(lèi)演化。
迷你大腦僅有豌豆大小，卻能夠重現關(guān)鍵的腦功能。它們是近期的研究熱點(diǎn)，科學(xué)家認為它們能夠最終用于模擬目前不適合在嚙齒類(lèi)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(xiàn)陣列接觸的彩色掃描電鏡圖像
圖片來(lái)源：Thiago Arzua, Massive Science
過(guò)去的研究曾成功發(fā)現了與這些疾病有關(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，又如何與其他細胞相互作用，這仍然是一個(gè)挑戰。神經(jīng)元通過(guò)傳輸電信號互相交流，所以要想全面了解它們如何工作，就應研究電學(xué)層面的細胞運作方式。
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)作電位和復雜的思維活動(dòng)之間仍橫貫著(zhù)一道鴻溝。
腦中以特定頻率發(fā)生的動(dòng)作電位被稱(chēng)為神經(jīng)振蕩，或稱(chēng)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(lèi)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雜，且大多數情況下，在對神經(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。
現在，一篇最近發(fā)表的文章發(fā)現迷你大腦確實(shí)可以產(chǎn)生腦電波。由克萊伯·特魯希略（Cleber Trujillo）領(lǐng)導，包括艾里森·穆奧特里（Alysson Muotri）在內的研究團隊記錄到了類(lèi)腦器官在10個(gè)月內產(chǎn)生的電活動(dòng)。其他的類(lèi)腦器官研究一般只關(guān)注前幾個(gè)月中的類(lèi)器官發(fā)育，因為迷你大腦僅兩個(gè)月就長(cháng)出了清晰的輪廓結構并停止生長(cháng)。而這項新研究表明，類(lèi)腦器官的培育時(shí)間越久，它們的細胞組成就越復雜，神經(jīng)元的電活動(dòng)也越復雜。
特魯希略及其同事發(fā)現在第4個(gè)月時(shí)，類(lèi)器官出現了類(lèi)似于我們人腦睡眠時(shí)產(chǎn)生的緩慢腦電波。甚至當它們形成一定結構并停止長(cháng)大后，細胞類(lèi)型的組成仍在變化，且細胞多樣性隨時(shí)間不斷增長(cháng)。這些細胞改變很有可能與腦電波模式的改變相關(guān)。
為檢驗這些成熟的類(lèi)腦器官能在多大程度上模擬人腦，研究者將類(lèi)腦器官產(chǎn)生的電波與早產(chǎn)兒的腦電圖（EGG）進(jìn)行了對比。他們使用早產(chǎn)兒的腦波數據訓練機器學(xué)習算法，再將其應用到類(lèi)腦器官上。他們發(fā)現某些特定的大腦功能，例如自發(fā)活動(dòng)轉變（形成更復雜神經(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(lèi)腦器官中非常相似，且培養越久的類(lèi)腦組織越接近。換句話(huà)說(shuō)，在成長(cháng)10個(gè)月后，類(lèi)腦器官開(kāi)始出現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構和細胞組成上，還能在某些大腦功能上模擬胎兒大腦的類(lèi)腦器官。這帶來(lái)了復雜的倫理問(wèn)題，也質(zhì)疑了我們能否在類(lèi)腦器官研究上再向前走。在不久的將來(lái)，我們也許能在實(shí)驗室中創(chuàng )造出意識，一些哲學(xué)家和科學(xué)家對此表示擔憂(yōu)。
關(guān)于這些科學(xué)進(jìn)步的倫理和道德討論應當從現在開(kāi)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，而我們必須防止對這些技術(shù)不負責任的使用。
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微擾復雜性指數（Perturbational Complexity Index，簡(jiǎn)稱(chēng)PCI）是一項可以成為在類(lèi)器官研究中防止科學(xué)家跨過(guò)道德和倫理紅線(xiàn)的工具。PCI尚未在人類(lèi)中得到徹底驗證，但已被提議作為一種測試昏迷和無(wú)意識患者大腦活動(dòng)的方法。通過(guò)使用一些相對無(wú)害的方法，如經(jīng)顱磁刺激（一種用磁線(xiàn)圈刺激腦的方法），醫生和科學(xué)家可以暫時(shí)中斷大腦的正?；顒?dòng)，并測量其恢復的速度。這可以提供一些關(guān)于病人或類(lèi)腦器官意識程度的線(xiàn)索。
謝天謝地，缸中之腦的荒誕故事只存在于科幻小說(shuō)里。類(lèi)器官研究的進(jìn)展是令人興奮的，相比其他針對疾病機制的研究，它打開(kāi)了治療阿茲海默癥、帕金森癥和精神分裂癥等我們仍感棘手的人類(lèi)神經(jīng)疾病的大門(mén)。
類(lèi)器官領(lǐng)域有些特殊，需要不同專(zhuān)家的投入，以確保我們釋放這些微型器官的全部潛力時(shí)合乎倫理規范且認真負責，以期幫助全世界的患者。
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