在當(dāng)?shù)貢r(shí)間周三發(fā)表的研究中，美國(guó)斯坦福大學(xué)科學(xué)家報(bào)告稱，他們成功將人腦細(xì)胞移植到新生老鼠的大腦中，并且這些細(xì)胞可感受到老鼠的感覺。

研究人員表示，被稱為“類腦器官”的人類細(xì)胞團(tuán)塊可以長(zhǎng)成數(shù)以百萬計(jì)的新神經(jīng)元，并與新宿主的神經(jīng)系統(tǒng)相連。將這些器官植入到老鼠腦中后，這些動(dòng)物可以利用胡須接收感官信號(hào)，并幫助產(chǎn)生指令信號(hào)來引導(dǎo)它們的行為。

領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的神經(jīng)學(xué)家塞爾吉奧·帕斯卡博士(Sergiu Pasca)說，他和同事們現(xiàn)在正在利用移植的人類神經(jīng)元來了解自閉癥、精神分裂癥和其他發(fā)育障礙的生物學(xué)基礎(chǔ)。他補(bǔ)充稱：“要想解決這些疾病的生物學(xué)問題，我們需要更復(fù)雜的人腦模型。”

2009年，在羅馬尼亞接受醫(yī)學(xué)培訓(xùn)后，帕斯卡博士加入斯坦福大學(xué)擔(dān)任博士后研究員，學(xué)習(xí)如何在培養(yǎng)皿中創(chuàng)造人類神經(jīng)元。他和同事從志愿者身上提取皮膚細(xì)胞，并將它們放在特殊的化學(xué)物質(zhì)中，以促使它們改變性狀特征。這些皮膚細(xì)胞會(huì)變得更像胚胎細(xì)胞，可以發(fā)育為體內(nèi)的任何組織。

隨著更多化學(xué)物質(zhì)的加入，研究人員誘使細(xì)胞發(fā)育成神經(jīng)元。然后，他們觀察到，當(dāng)神經(jīng)元被置于培養(yǎng)皿中時(shí)，電壓脈沖會(huì)沿神經(jīng)元長(zhǎng)度發(fā)射。帕斯卡博士等人再次進(jìn)行了同樣的實(shí)驗(yàn)，這次使用的是蒂莫西綜合征患者的皮膚細(xì)胞。這是一種罕見的自閉癥，由單一突變引起。這種突變不僅會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的心臟問題，還會(huì)損及語言和社交技能。

在培養(yǎng)皿中培養(yǎng)蒂莫西綜合癥神經(jīng)元，帕斯卡博士可以看到它們與典型神經(jīng)元之間的許多差異。例如，它們產(chǎn)生了額外數(shù)量的信號(hào)化學(xué)物質(zhì)，如多巴胺。但對(duì)單個(gè)細(xì)胞的檢查只能揭示關(guān)于這種疾病有限的線索。帕斯卡博士懷疑，通過研究連接在一起的數(shù)千個(gè)神經(jīng)元(即類腦器官)，他可以了解更多東西。

一種新的化學(xué)配方使帕斯卡博士能夠模擬發(fā)育中大腦的內(nèi)部情況。被置于這種培養(yǎng)液中，皮膚細(xì)胞會(huì)發(fā)育成祖細(xì)胞，最后發(fā)育成大腦外層被稱為皮層的神經(jīng)元纏結(jié)。在后來的研究中，帕斯卡博士及其同事連接了三個(gè)類腦器官，它們分別由皮質(zhì)、脊髓以及肌肉細(xì)胞構(gòu)成。研究顯示，刺激皮質(zhì)器官可使肌肉細(xì)胞收縮。

但類腦器官絕非微型大腦。首先，它們的神經(jīng)元仍然發(fā)育遲緩。其次，它們不像活體大腦中的神經(jīng)元那樣活躍。帕斯卡博士說：“很明顯，這些模型仍有很多局限性。”

有鑒于此，科學(xué)家們開始將類腦器官植入活體大腦中，他們?cè)诶碚撋险J(rèn)為培養(yǎng)皿限制了類腦器官的發(fā)育。2018年，神經(jīng)學(xué)家弗雷德·蓋奇(Fred Gage)及其在索爾克生物研究所的同事將類腦器官移植到成年老鼠的大腦中。隨著老鼠大腦為人類神經(jīng)元提供養(yǎng)分，這些神經(jīng)元繼續(xù)發(fā)育。

從那時(shí)起，蓋奇博士和其他研究人員將類腦器官植入老鼠的大腦后部，該區(qū)域用來感知眼睛發(fā)出的信號(hào)。6月份發(fā)表在網(wǎng)上的一項(xiàng)尚未經(jīng)過同行評(píng)審的研究顯示，當(dāng)老鼠看到脈沖白光閃爍時(shí)，人體類腦器官神經(jīng)元的反應(yīng)方式與老鼠自己的細(xì)胞大致相同。

帕斯卡博士及其團(tuán)隊(duì)也在進(jìn)行類器官移植研究，但他們選擇將其移植到幼年老鼠身上。在小老鼠出生一兩天后，科學(xué)家將類腦器官注射到老鼠大腦中名為體感皮質(zhì)的區(qū)域，該區(qū)域負(fù)責(zé)處理來自全身的觸摸、疼痛和其他信號(hào)。在老鼠身上，該區(qū)域?qū)毎l(fā)出的信號(hào)特別敏感。

人類神經(jīng)元在老鼠大腦中繼續(xù)發(fā)育，直到它們的數(shù)量達(dá)到300萬個(gè)，約占老鼠大腦一側(cè)皮質(zhì)的三分之一。結(jié)果顯示，類腦器官中每個(gè)細(xì)胞生長(zhǎng)的時(shí)間是培養(yǎng)皿中的6倍，這些細(xì)胞也變得和人腦中的神經(jīng)元一樣活躍。

更值得關(guān)注的是，這些類器官自發(fā)地連接到老鼠大腦中。它們不僅與附近的神經(jīng)元相連，而且還與遠(yuǎn)處的神經(jīng)元相連。這些連接使得人類神經(jīng)元對(duì)老鼠的感官非常敏感。當(dāng)研究人員向老鼠的胡須吹氣時(shí)，其體內(nèi)的人類神經(jīng)元會(huì)發(fā)出激烈反應(yīng)。

帕斯卡博士等人還利用室內(nèi)的飲水機(jī)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，以了解類腦器官如何影響大鼠的行為。經(jīng)過15天的訓(xùn)練，這些老鼠學(xué)會(huì)了新的技能：當(dāng)體內(nèi)類腦器官受到刺激時(shí)，它們可以從噴泉里喝到水。這些人體類腦器官顯然是在向老鼠大腦中尋找獎(jiǎng)賞的區(qū)域發(fā)送信息。

當(dāng)然，這些物種混合實(shí)驗(yàn)也帶來了許多倫理問題。在這項(xiàng)研究開始之前，帕斯卡博士咨詢了斯坦福大學(xué)法律與生物科學(xué)中心的專家，他們希望他特別關(guān)注動(dòng)物的痛苦和福祉。斯坦福大學(xué)法學(xué)教授亨利·格里利(Henry Greely)說：“你擔(dān)心的不僅僅是籠子里有多少只老鼠，或者它們吃得有多好。這是全新的東西，你自己甚至都不知道可能會(huì)看到什么結(jié)果。”

帕斯卡博士的團(tuán)隊(duì)沒有發(fā)現(xiàn)任何證據(jù)表明，這些老鼠經(jīng)歷了疼痛，更容易癲癇發(fā)作，失去了記憶，或者失去了對(duì)運(yùn)動(dòng)的控制。他說：“事實(shí)證明，這些老鼠對(duì)人體類腦器官的耐受性非常好。”

盡管沒有參與這項(xiàng)新研究，但南加州大學(xué)神經(jīng)生物學(xué)家喬治·夸德拉托(Giorgia Quadrato)指出，人體類腦器官的植入并沒有讓老鼠變得更像人類。例如，在學(xué)習(xí)測(cè)試中，它們的得分并不比其他老鼠高。夸德拉托補(bǔ)充說：“它們是老鼠，器官植入后依然是老鼠。從倫理的角度來看，這應(yīng)該讓人感到放心。”

但是，如果科學(xué)家將人體類腦器官植入其他近親物種體內(nèi)，比如猴子或黑猩猩，這可能會(huì)引發(fā)嚴(yán)重后果。夸德拉托博士稱：“這將是一個(gè)很好的機(jī)會(huì)來幫助制定指導(dǎo)方針，以便未來在正確的倫理框架內(nèi)運(yùn)行。”

帕斯卡博士表示，靈長(zhǎng)類動(dòng)物和人類之間的相似性可能會(huì)讓類腦器官發(fā)育得更成熟，并對(duì)動(dòng)物的行為產(chǎn)生更大影響。但他說：“我們不會(huì)進(jìn)行這樣的研究，也不鼓勵(lì)其他人這樣做。”

相反，他正在使用植入老鼠體內(nèi)的類腦器官來研究神經(jīng)疾病。在一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，帕斯卡博士的團(tuán)隊(duì)將來自蒂莫西綜合征患者的類腦器官植入了大鼠大腦的一側(cè)，并將另一種沒有突變的類腦器官植入了另一側(cè)。

這兩種類器官都在老鼠體內(nèi)繼續(xù)生長(zhǎng)。但是，來自蒂莫西綜合征患者類器官上的神經(jīng)元發(fā)育出了兩倍的分支(即樹突)用于接收傳入信號(hào)。更重要的是，這些樹枝狀物較短。

帕斯卡博士希望，當(dāng)老鼠被植入自閉癥和其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病患者的類腦器官時(shí)，他能夠觀察到它們行為方式的差異。這樣的實(shí)驗(yàn)可能有助于揭示某些突變改變大腦的工作方式。

賓夕法尼亞大學(xué)的神經(jīng)外科醫(yī)生、類器官移植研究員艾薩克·陳博士(Isaac Chen)沒有參與這項(xiàng)研究，但他在這項(xiàng)新研究中看到了另一種可能性：幫助修復(fù)人類大腦的損傷。

陳博士設(shè)想，利用皮質(zhì)受損患者的皮膚細(xì)胞培育類腦器官，然后將其注射到患者的大腦中，類腦器官最終可能會(huì)繼續(xù)生長(zhǎng)并與健康的神經(jīng)元連接。他說：“這樣的想法肯定已經(jīng)存在。問題在于，我們?nèi)绾螌?shí)現(xiàn)它?”(小小)

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