迷你大腦獲突破更接近真實人腦：創造大腦可替換模塊|大腦|器官|人腦

　　圖中的類大腦（又稱迷你大腦）在實驗室中培育而成。它包含多種細胞和內部結構，可在實驗中模擬真實人腦。然而，無法預期的變異和缺陷阻礙了類器官在研究中的用途，但新技術或許能改變這一局面。

　　圖為耶魯幹細胞中心培育的大腦皮層類器官。其中的著色區域展現了不同組織層次的各種細胞組織。圖中的類器官培育時間為40天。藍點為細胞核，紅色為神經元前期細胞，綠色為分化後的神經元。

　　新浪科技訊 北京時間8月16日消息，據國外媒體報道，人腦常被描述為宇宙中最複雜的物件。這樣看來，實驗室培養皿中豌豆大小的一團腦細胞對神經科學家大概沒什麼用。然而，如今許多研究人員卻熱衷於培養這種有趣的生物系統。它的官方名稱為「類大腦」（cerebral organoids），但通常被稱作「迷你大腦」。有了類大腦，研究人員便可以針對人腦的發育過程開展實驗，而這是無法通過真正的人腦實現的。

　　目前類大腦的缺陷在於，它們和真正的大腦不夠接近。但近期出版的一些研究指出，類大腦研究也許即將迎來轉折點。將來的類大腦研究將不追求造出完整大腦的完美微縮模型，而更偏向於創造發育中各大腦部位的可替換模塊，可以像積木一樣拼在一起。就像可互換零件促進了大規模生產和工業革命一樣，質量穩定、能夠按需組合的類器官或許也將大大促進我們對人腦發育過程的了解。

　　2013年，當時就職於澳大利亞科學院的瑪德琳·蘭卡斯特（Madeline Lancaster）發現，營養凝膠中培育的幹細胞可以形成一小團有組織、有功能的球狀腦組織，進而培育了首個真正的類大腦。不久，世界各地的實驗室用各種各樣的方法，紛紛培育出了多個名副其實的「迷你大腦」。

　　但令人失望的是，這些迷你大腦和真正的大腦仍相去甚遠。它們的解剖學結構十分失真，缺少血管和一層層的組織。雖然有神經元，但往往缺乏構成大腦白質的神經膠質細胞。

　　最糟糕的是，這些類器官質量不均，彼此之間差異巨大。據加州大學舊金山分校發育和幹細胞生物學計劃主管阿諾德·克里格斯坦（Arnold Kriegstein）稱，就算採用相同的製造流程和起始材料，也很難得到完全一致的類器官。「這樣就很難開展控制變數實驗，也無法得到有效的結論。」

　　研究人員可以藉助生長因子，使處於早期階段的類器官朝更加一致的方向分化，從而減小麻煩。但這樣一來，實驗相關性就會降低，因為真正的大腦網路由多種細胞構成，有些細胞就地生成，有些則從其它腦區轉移而來。

　　例如，在人腦皮層中，約20%的神經元（即具有抑制效果的中間神經元）來自大腦偏下方的內側神經層隆起（MGE）。如果皮層的類器官模型簡化過多，就缺少了這些中間神經元，因而無法用來研究大腦如何平衡興奮與抑制信號。

　　三支團隊近期的研究結果或為這些問題提供了解決方案。他們提出用模塊化方式打造模擬大腦，先培育出代表不同腦區的簡單類器官，再將它們彼此聯結。

　　其中最近的一項結果由耶魯幹細胞中心的研究團隊於兩周前公布。在實驗的第一階段，他們用人體多功能幹細胞（有些從血液中提取，有些從胚胎中提取）分別培育出大腦皮層和內側神經層隆起的類器官結構。接著，研究人員將兩種類器官緊挨彼此進行培養。幾周後，類器官開始兩兩融合。更重要的是，耶魯團隊觀察到，為保證正常的大腦發育，抑制中間神經元會從內側神經層隆起轉移到大腦皮層類器官中，並加入皮層神經元網路，就像正常胎兒大腦的發育過程一樣。

　　今年早些時候，斯坦福大學醫學院和澳大利亞科學院的研究團隊也開展了類似的實驗。他們同樣培育了皮層與內側神經層隆起類器官，然後讓它們相互融合。這三項研究的區別主要在於細節的不同，比如「誘使」幹細胞長成類器官的方式、培育類器官的過程、以及對提取出的細胞開展的測試等。但他們均發現融合後的類器官神經元網路就像正常大腦一樣，含有興奮神經元、抑制神經元和支持細胞，並且較之此前的迷你大腦，發育得更加穩定。

　　克里格斯坦認為，這三項實驗均出色證明了類器官中的細胞有能力轉化為成熟、健康的組織。「一旦你帶領這些組織走上正確的發育軌跡，它們就會自己設法完成發育。」他認為專門化的類器官能夠使神經科學家更好地進行實驗控制：科學家可以分析不同的類大腦，獲取大腦深層的發育信息，「然後利用組合或融合在一起的類大腦平台，研究不同腦細胞轉移、相遇後如何與彼此互動。」

　　耶魯研究團隊的帶頭人、遺傳學副教授In-Hyun Park認為，類器官也許已經可以用來開展對某些神經心理疾病的初期研究，分析這些疾病的發育根源，如自閉症和精神分裂症等。證據顯示，當患有這些疾病時，「興奮和抑制神經活動似乎缺乏平衡。因此這些疾病可以用我們研發的現有模型來研究。」

　　但克里格斯坦提醒大家，不該急著將類器官用在臨床試驗中。「我們仍不清楚正常人腦發育的標準，因此難以衡量這些類器官有多接近正常情況。」

　　Park指出，無論類器官研究最終應用於何處，接下來，我們必須弄清如何培育更接近真實人腦的類器官。他仍相信最終有可能在實驗室中培育出更完整、更精確的迷你大腦。為達到這一目的，也許需要將更多類器官單元進行更複雜的融合，也許要精確使用某些生長媒介和化學物質、帶領類器官完成胚胎階段發育。「我們應當有辦法培育出前腦、中腦和後腦皆備的完整類大腦。」（葉子）

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