科學家於試管中培育出「體外人腦」

「類腦」組織截面圖

中國科技網訊 美國《大眾科學》及英國《自然》雜誌網站8月28日刊登了一項新成果：英、德、奧等國研究人員利用人類多功能幹細胞在試管中培育出了一個模擬人腦的組織。這是一個立體的自組織模型，亦是迄今最複雜的「體外人腦」，但它並不是作為可替代人腦的人造器官才誕生的，而是有望用來促進神經科學和人腦早期發育等方面的研究。

研究人員首先使用幹細胞培育出腦細胞，接著讓這些腦細胞逐步形成腦組織，最終其與真實的人類大腦一樣出現層狀的跡象，擁有背皮層、前腦腹側，甚至包括一個不成熟的視網膜。從結構、功能上看，它都與人類大腦早期發育時的形態酷似。

這個人造大腦直徑僅有4毫米左右，但被認為具有很高的科研價值，譬如對頭小畸形的治療研究。該病症屬於一種大腦發育障礙，引起病症的原因不一，患者腦子形態正常，但頭尾圍和腦子縮小，且常伴有腦萎縮和腦損傷癥狀。研究人員此次發現其細胞分裂低於正常水平，導致腦細胞產生量不足，而這種缺陷可能是誘發該病的原因之一。

除以上貢獻外，此次微型的人造大腦還能探尋精神分裂症、自閉症等神經系統疾病在大腦早期發育時的致病根源，並引導科學家們進行相關藥物的研發。

研究人員表示，該項目並不是為了培育可替代人腦的人造器官，儘管已是迄今最好水平，但短期內這種人造大腦模型的發育能力和複雜程度仍然受限。（張夢然）

《科技日報》（2013-8-30 二版）

【夢然絲語】

詹姆斯·鮑爾說，對一個模型最好的檢驗，是看它的設計者能否回答以下問題——「你知道了哪些原本不知道的東西？」以及「你如何證明它是對的？」

科學家們現在於實驗室內利用幹細胞培植出了一個人類大腦的模型。你可以叫它「微型大腦」，因為這東西直徑僅有3毫米到4毫米。但創造者們稱其已類似人腦皮層的早期發育區，與真大腦一樣呈層狀分布——而只有到了人類，大腦皮質的分層次結構才分化得十分清楚，除此之外，從老鼠到人類，所有哺乳動物的神經系統如同按照誰的設計圖來造的一樣，只不過尺寸上的差別罷了。

但我們不能指望這個「微型大腦」可以展示出人類大腦6層神經細胞的全部複雜性。舉例來說，僅僅從我們每隻眼睛到大腦的軸突就大約有100萬個，而它們全部都在同時工作！這種大規模的並行運作幾乎發生在腦內的每一處工作區，雖然速度是慢了點（要看跟誰比），但在處理規模上沒有一台人類製造的超級計算機能望其項背。

這也從一個角度說明：雖然很久以來科學家為解讀大腦做出了很多貢獻，但可惜，我們的知識仍是不全面的，縱使這麼多年過去，人類對腦的研究仍然只是一種初步嘗試。

而從幹細胞領域來看，儘管人類已能夠在實驗室中藉助幹細胞來培植肝臟、心臟等人體組織。但一個人造大腦的培植與移植並不在討論之列。原因無他，就是其概念距離成為現實差太遠了。人腦如此複雜而脆弱，在缺乏循環系統提供充足營養與氧氣的情況下，培養皿中的器官細胞至多也就只能發育到4毫米這麼大了。

因此這種人造之物，儘管看起來與真正人腦細胞的早期形態很相似，但還是與自然造物有著本質區別——人造腦細胞每一個部分其實都已按照真正腦細胞的組合方式聚集，卻僅僅只是物理的聚集而已，並不是發生反應的聚合——打個比方，就像你有一輛汽車，零件一個不缺，但發動機卻裝到車頂上去了。雖然你可以藉此向別人解釋它的運行原理，但自己心裡也清楚，這麼一樣「靈魂擺錯了地方」的東西，永遠無法啟動。

幸而這組科學家也志不在此。他們完成該研究的最大意義在於，培養皿中的模型已可以模擬真實人類大腦所患的神經系統疾病，而無需再用動物模型。譬如說此次在對頭小畸形的探尋中，研究者就發現一種細胞分裂缺陷對老鼠大腦的影響遠小於對人腦的影響，這應該就是以往用實驗鼠無法模擬頭小畸形症的原因。

而且我們知道，即便實驗能順利上升到靈長類對象，比如說恆河猴，同樣的藥理在它身上和人體中也可能有截然相反的表現——且還總是在人體中行不通。真是奇怪的我們。

嚴格說，人造大腦的未來不僅限於此。體外培育一個可替代人腦的器官，依然是很多醫療界人士的目標——他們希望不僅在同類間，也可以在不同物種間交換腦組織，腦損傷患者們可能在一場大手術後帶著一小塊豬腦組織繼續健康地樂與哀愁著，行為表現也沒有什麼豬的痕迹。當然，在此之前，請千萬斟酌好這場醫療革命的科學和倫理學後果。