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科学家将人脑与老鼠大脑完美融合老鼠更聪明了

文章发布时间:November 6, 2022

是完完整整拥有人类的全部细胞,还是只拥有大脑就可以?

又或者,只需要具有一部分人类脑细胞?

上个月,斯坦福大学的研究员们就遇到这个伦理难题。他们将人类神经元植入新生的小鼠大脑,发现小鼠的感知和行为都出现变化……

主导这项实验的是神经学博士塞尔吉·帕斯卡(Sergiu Pasca),他不是想造出新物种的科学狂人,只是想研究一下人类脑细胞在自闭症等疾病里的表现。

大部分情况下,此类课题都是在培养皿里完成的。

最开始,帕斯卡博士也是如此,但他对结果不满意。

2009年,帕斯卡进入斯坦福大学工作后,他就在学习如何用培养皿制造人类神经元。

他重点研究蒂莫西综合症,这是一种由基因突变引起的罕见自闭症。患者有严重的心脏问题,语言和社交能力也存在障碍,大部分人会在幼年时死亡。

帕斯卡和同事们从蒂莫西综合症的患者手上提取皮肤细胞,将它转化成多能干细胞,再诱导其变成神经元。

他在培养皿中观察单个神经元,发现患者的神经元比普通神经元产生了更多的化学信号。

这个信息很宝贵,但单个神经元提供的情报还是太有限。

帕斯卡又进一步,将数千个神经元聚合起来,将它们变成大脑类器官。

所谓的“类器官”,就是具有器官关键性特征的培养物,专门进行科学研究用的。

帕斯卡做出了三个类器官,一个由脑皮层细胞构成,一个由脊髓细胞构成,还有一个由肌肉细胞构成。

他们发现这些类器官可以相互协作,比如刺激皮质类器官的时候,会导致肌肉细胞收缩。

但很快,帕斯卡和同事们发现类器官也不好用。

大脑类器官并不是一个微型大脑,哪怕给它足够的时间、空间和资源,它的发育就是比正常大脑慢、神经元连接更少、神经活动更低。

“很明显,这些模型的限制太多了。” 帕斯卡在媒体采访中说,“如果我们想真的解决这些疾病的生理原因,我们就需要更复杂的人脑模型。”

再怎么迫切,帕斯卡也不可能切开一个人类的大脑往里面瞅瞅。

所以他退而求其次,将人脑类器官放到老鼠的大脑里。

几年前,索尔克研究所的神经科学家弗雷德·盖奇(Fred Gage)就大胆尝试,将人脑类器官放到小白鼠的大脑中。它不断得到小白鼠的血液滋养,神经元发育得明显比培养皿里更好。

科学家们猜测,是培养皿环境限制了类器官的成长。

所以,从2015年起,帕斯卡和他的团队就在努力将人脑类器官放到老鼠体内,以研究精神疾病和其他神经系统疾病。

他终于在最近获得突破,研究论文发表在上个月的《自然》杂志上。

这项研究的“主角”是80多只刚生下来不久的小老鼠,帕斯卡等它们生存稳定后,将一个个芝麻粒大小的人脑类器官移植到小老鼠的体感皮层。

这个部位处理小老鼠全身的触觉和痛感信号,成年后,它还对来自胡子的信号特别敏感。

帕斯卡让老鼠们正常地、快乐地成长,8个月后,他开始检测它们的大脑。

他发现人类神经元在老鼠的大脑里增殖得很快,数量达到300万个,占老鼠大脑一侧皮层的三分之一。

(左侧亮起的部位是人脑类器官)

并且,人脑类器官中每个神经元的大小是培养皿里的六倍。它们和人类大脑里的神经元一样活跃,彼此有更多连接,细胞膜内具有更高浓度的负离子,这些特征都与真实人脑很像。

更值得注意的是,人脑类器官自然地和老鼠的脑神经产生连接。它们不光连接了附近的神经元,远处的神经元也被连接上了。

也就是说,老鼠把人类的神经元当成自己的接纳了。

当研究人员对着老鼠的胡须吹气时,帕斯卡发现老鼠体内的人脑类器官会有动静。老鼠的特征被传递到人类神经元上。

同时,这批老鼠变得和其他老鼠不同了。

帕斯卡教老鼠们区分红光和蓝光,当这批老鼠看到蓝光时,它们体内的人脑类器官会活跃。而普通老鼠,无论教多久它们都无法区分。

这么看,帕斯卡的老鼠们是变聪明了。

这不是他的本意,他只是想创造出更像人类大脑的模型,好研究人类的精神疾病。但现在,他一步跨到伦理禁区。

“我们提前找动物伦理专家问过了,他们说我们需要特别关注动物的痛苦和健康状况。” 帕斯卡说,“我们尽力去做,但我得说,随着那些大脑模型越来越像人,我们感觉越来越不舒服。”

生物学研究员格雷·坎普(Gray Camp)和芭芭拉·崔汀琳(Barbara Treutlein)说,这项研究提出了“类器官是否具有意识和道德地位”的伦理问题。

南加州大学的神经生物学家乔治娅·夸德拉托(Giorgia Quadrato)认为,现在还不用那么紧张,拥有人脑类器官的老鼠仍然是老鼠。

“它们还是老鼠,仍然是老鼠。从道德角度看,这应该是让人放心的。”

但如果把人脑类器官放到人类近亲的脑内,比如猴子或黑猩猩,情况就不妙了。

帕斯卡说自己绝对不会这么做。由于灵长类动物和人类之间的相似性,人脑类器官只会长得更好,动物的心理和行为会更像人。

“这肯定不是我们会做,或被鼓励做的事。”

目前,帕斯卡觉得用老鼠研究人脑已经足够。他在老鼠大脑的一端植入蒂莫西综合症患者的类器官,在另一端植入普通人的类器官。

研究结果发现,蒂莫西综合症患者的神经元的树突比普通人更短,数量是普通人的两倍。

这样的实验可以揭示疾病的底层原因,这正是帕斯卡追求的。

现在,帕斯卡还在研究各种精神疾病,每天面对一群有人脑的老鼠。

他承认这感觉怪怪的。随着对类器官的进一步研究,科学家和生物伦理学家必须一起解决背后隐藏的道德问题。

“我们将不得不一起仔细地思考,大脑模型到底是什么,以及我们人类能走多远。”

科学需要进步,也需要道德,

只有两者平衡才能做好呀……

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