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幹細胞製造的「人造大腦」上產生了類似人腦的腦電波

穆特里說:「作為一名科學家,我希望能夠越來越接近人類大腦。因為這樣做,我可以幫助患有神經疾病的人,給他們更好的治療和生活質量。但這要由我們來決定極限在哪裡,可能是技術還沒有準備好,或是我們不知道如何控制技術。這與圍繞基因編輯嬰兒的討論是一樣的,這就是為什麼我們要有倫理委員會來代表

2020-01-13 05:09 / 0人閱讀過此篇文章  

據法新社報導,國際幹細胞研究頂級期刊《Cell Stem Cell》上刊登了一份驚人的研究報告。美國加州大學的研究人員稱,首次在利用幹細胞技術實驗室培養的「迷你人造大腦」上觀測到了類似於早產兒的腦電波活動。不過,研究人員目前尚不能斷定這種豌豆般大小的「人造大腦」是否因此而產生了意識活動。

據報導,未來,該團隊的目標是進一步改善這些「迷你人造大腦」,並利用它們來了解與神經網絡功能障礙相關的疾病,比如一些大腦疾病。

飛躍性進步主要集中在兩個方面

據了解,這種由人類成體幹細胞製作的「腦細胞集合體」又被稱為「迷你人造大腦」。通過將它們置於模擬大腦發育環境的培養物中,幹細胞分化成不同類型的腦細胞,並組織成類似於發育中人腦的三維結構。到目前為止,「迷你人造大腦」已經問世有十多年時間了。這次是科學家首次在「迷你人造大腦」上成功開發出發達的功能性神經細胞網絡。

美國加州大學聖地亞哥分校的生物學家阿里森·穆特里(Alysson Muotri)及其團隊進行了這次試驗,並把研究論文發在了8月29日發行的《Cell Stem Cell》上。根據該論文顯示,這次取得的飛躍性進步主要集中在兩個方面。

第一個進步是改進了幹細胞的培養過程,優化了包括培養基等的生產方法。第二個進步是,讓「迷你人造大腦」的神經元有足夠的的時間進行發育,就像子宮裡嬰兒的大腦在不斷發育一樣。對此,論文的通訊作者穆特里表示:「人類最早的神經發育情況正在基因組編碼中。我們在體外觀察到的神經活動水平是前所未有的,這離實際生成複雜神經網絡的這些早期階段的模型又近了一步。」

據報導,穆特里的研究團隊大概花了2個月時間來檢測「迷你人造大腦」突然釋放出的腦電波。這些腦電波信號最開始很稀疏,但是都以同樣的頻率發射。隨著「迷你人造大腦」的不斷成長,它會以不同的頻率發射腦電波,而且開始出現定期的信號。這表明「迷你人造大腦」進一步發展了神經網絡。

為了比較早期發育過程中類器官的腦波模式和人腦的腦波模式,該團隊訓練了一種機器學習算法,記錄了39名6到9個半月大早產兒的腦電波。該算法能夠預測這些類器官在培養液中發育了多少周,這表明它們與人腦有著相似的成長軌跡。

不過,關於新生兒究竟是在哪個發展階段才開始產生意識的、這個「意識」究竟該如何來定義,目前科學界還存在很大的爭議。根據2013年發布的一項有關「新生兒大腦活動調查研究報告」顯示,新生兒大概是在出生5個月之後才會對它看到的臉進行意識性的思考,這會成為它大腦裡面的短期性「記憶」。

雖然具有跟人腦類似的成長軌跡,但穆特里認為:這些「迷你人造大腦」不太可能具有意識等精神活動,它們仍然是一個非常初級的模型。他說:「這些類器官沒有我們人腦的其他部分和結構,所以這些腦電波與真實大腦中的活動可能沒有任何關係。」

不過,他不排除在將來的研究中會獲得一些非常接近人腦中控制行為、思想或記憶的信號。他說:「現有的證據還不夠充分。」

穆特里透露說,「迷你人造大腦」的發育在9-10個月之後就會自動停止,出現「死亡」狀態。目前,還不清楚導致這種現象發生的原因。該團隊希望進一步弄清楚跟「迷你人造大腦」相關的更基本的問題。穆特里說:「不知道是不是因為沒有形成新的血管系統,導致無法持續性給它們的內部提供營養成分。或者只是缺少以感覺的形式輸入的刺激?」

據報導,未來,該團隊的目標是進一步改善這些「迷你人造大腦」,並利用它們來了解與神經網絡功能障礙相關的疾病,比如一些大腦疾病。穆特里說:「作為一名科學家,我希望能夠越來越接近人類大腦。因為這樣做,我可以幫助患有神經疾病的人,給他們更好的治療和生活質量。但這要由我們來決定極限在哪裡,可能是技術還沒有準備好,或是我們不知道如何控制技術。這與圍繞基因編輯嬰兒的討論是一樣的,這就是為什麼我們要有倫理委員會來代表社會各個方面對我們的研究進行審查。」





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