人造大脑了解一下

大脑

2016年，著名学术杂志《科学》提出了未来亟待解决的125个基础科学问题，其中引人注目的一个便是关于大脑的，意识的生物学基础是什么？

然而，受限于伦理道德方面的因素，涉及到人类大脑的相关研究一直进展不大。虽然动物实验可以提供关于大脑如何工作方面的诸多数据，但人类的大脑毕竟跟动物的大脑不太一样。举个例子，人类的语言能力是无法在老鼠身上展开研究的。而在单个神经细胞上的研究则对于理解神经网络的复杂性几乎完全没有帮助。

那是否可以在实验内利用神经细胞再造一个大脑呢？这样既可以规避伦理方面的问题，也可以用来研究负责的神经网络。

其实，在实验室人造大脑一直是神经生物学家们的梦想。可是一直没有相关的技术实现这个伟大的梦想。

直到诱导多能干细胞技术的出现，人造大脑的梦想才有了实现的可能。干细胞分很多种，例如胚胎干细胞可以分化为任何细胞，而造血干细胞则只能分化为各种血细胞。一直以来，学术界认为细胞分化是一个不可逆转的单向过程。也就是说，造血干细胞分化为白细胞后，不能再返回去变为造血干细胞。本世纪初，日本人山中伸弥找到了将终末分化的体细胞诱导分化成多能干细胞的方法。也就是说，白细胞可以被诱导成为造血干细胞。而诱导的造血干细胞则可以分化成为任何类型的血细胞。

诱导多能干细胞技术无论对于基础研究还是临床应用，都是意义极为巨大的技术。设想一下，如果哪一天那些需要进行器官移植的病人再也不用等着别人的器官来拯救自己的生命，利用自己身体处的一小块皮肤就可以再造一个完整的器官进行自我移植，会是怎样的图景。而正是诱导多能干细胞技术让这一切有了可能。

开发这项技术不到10年，山中伸弥就因此获得了诺贝尔生理学或医学奖。这在整个诺贝尔奖颁奖史上都是罕见的。

因发明诱导多能干细胞技术获得2012年生理学或医学奖的日本科学家山中伸弥

整个大脑的细胞类型非常多，构造也很复杂，利用现有的技术还无法制造完整的大脑。来自美国的科学家利用诱导多能干细胞技术，将来自皮肤组织的成纤维细胞诱导分化成不同的神经细胞，然而让这些细胞相互连接，构成大脑某一小部分的组织。

那么这部分人造的脑组织是否有生物活性呢？

科学家们检测了该组织的电生理特性，发行该组织可以像天然的脑组织一样产生神经冲动。也就是说该脑组织是有活性的。

费了这么大的劲，这么一小块人造脑有什么用呢？

至少有以下几个方面的作用。

1. 研究这些脑区是如何发挥正常的生理功能；

2. 探究哪些感染脑组织的病毒如何工作的，譬如前些年引起小脑症的寨卡病毒；

3. 可以构建一些各种大脑相关疾病的体外模型，如利用孤独症患者的体细胞制造相应的脑组织，这样就可以更好地研究相关疾病的发病原因、病理症状等；

4. 进行药物筛选，毕竟不能在人身上进行药物筛选吧，而用老鼠则难以保证在人身上真的有效。

显然，科学家们的目标不会止步于此。科学家真正的目标是在实验室制造出真正意义上的完整的大脑。而第一步已经迈出。

主要参考文献

Schukking, M., Miranda, H.C., Trujillo, C.A., Negraes, P.D., and Muotri, A.R. (2018). Direct generation of human cortical organoids from primary cells. Stem cells and development.