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实验室“迷你大脑”中发现类似人类的脑电波 [复制链接]

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在线况云霞
 

只看楼主 倒序阅读 使用道具 楼主   发表于: 前天 07:29
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      来源:新浪科技
      

      
      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(brainanoid)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。
      

      
      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anoid)。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、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)
      
      
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