一項新研究稱，科學家在實驗室中創造了微型大腦，該大腦形成了複雜的網絡，並產生了類似於早產嬰兒發育的大腦發射的腦波。
成長的想法實驗室中的微型大腦不是新的；研究人員已經這樣做了近十年。但是大多數研究都使用這些迷你大腦或“器官”來研究大規模結構。
例如，一群人產生了可以生長血管的迷你大腦，現場科學先前報導。另一組將迷你大腦暴露於寨卡病毒，以了解其可能導致異常小的頭部或小頭畸形。
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但是，在自閉症，精神分裂症，躁鬱症甚至抑鬱症等條件下，“大腦完好無損，問題取決於網絡的運作，”細胞和分子醫學系副教授，聖地亞哥加利福尼亞大學乾細胞計劃的副主任，聖地亞哥大學乾細胞計劃主任。這是實驗室成長的大腦首次形成了產生強腦波的神經元的複雜網絡。
為此，穆特里（Muotri）和他的團隊收穫了人類幹細胞（可以轉變為任何細胞類型，鑑於正確的說明，都來自人們的皮膚和血液。研究人員將這些幹細胞暴露於化學指令中，這些指令將細胞變成腦細胞。
在大多數情況下，這些細胞形成了神經祖細胞，這些細胞可以增殖並引起許多類型的腦細胞。在實驗室菜餚中兩到五個月後，這些祖細胞形成谷氨酸能神經元，“興奮性”或傳播信息的腦細胞。
大約四個月後，迷你大腦停止製作興奮性神經元並開始製造星形膠質細胞。這些大腦細胞有助於塑造突觸，神經遞質或腦化學物質的腦細胞之間的間隙傳遞信息。最後，祖細胞開始產生抑制性神經元，該神經元會抑制腦活動，或阻止神經元傳遞信息。穆特里說，那是“活動開始變得更加複雜，因為現在我們正在平衡激發和抑制。”
穆特里說，當細胞分裂和區分時，他們最終開始“自組織成類似於人皮層的東西”。皮層是大腦的外層，在意識中起著重要作用。
實際上，“迷你大腦”看起來不像人類大腦的微型版本。相反，它們是白色的球形斑點，它們漂浮在它們種植的紅湯中，Muotri說。他說，它們的直徑僅達到0.2英寸（0.5厘米），但他們的神經網絡在停止之前繼續發展了9到10個月。
在迷你大腦的整個生長過程中，團隊都使用了一組與神經元相關的微型電極來測量大腦活動。研究人員發現，在大約兩個月的時間裡，迷你大腦中的神經元開始以相同的頻率發射零星信號。 Muotri說，經過幾個月的發展，大腦以不同的頻率和更常規的方式發射了信號，表明大腦活動更加複雜。
Muotri說，雖然先前的研究表明，實驗室生產的大腦可能會產生腦細胞的發射，但研究人員報告說，他們每分鐘發射約3,000次。然而，在這項研究中，神經元每分鐘發射了近300,000次，“更接近人腦”。
然後，團隊使用機器學習算法將這些迷你大腦的大腦活動與早產嬰兒的大腦活動進行了比較。研究人員訓練了他們的計劃，以學習6到9個半月大的39個早產嬰兒記錄的腦電波。
然後，科學家將腦波模式從迷你大腦餵入算法，發現經過25週的迷你腦發育後，它不再能夠將來自人腦的數據與從實驗室成長的大腦衍生的數據區分開來。 Muotri說：“它變得困惑，並使他們倆的年齡相同。”這表明迷你大腦和人類大腦正在增長和發展。
這項研究表明：“非常好的，您可以製造可再現的實驗系統，您可以在其中解決對人類發展至關重要的過程。”致力於在實驗室開發小腦子但是誰不是研究的一部分。
他說，“胚胎大腦的無法訪問是這些模型提供不同的原因的原因之一。” “但這也意味著您有限的機會說它是真實的。”他補充說，雖然腦電圖的信號類似於預期嬰兒的信號，但時間卻有些偏離。
雖然人類胚胎與母親相連，因此從外部收到信號，但這些實驗室成長的大腦與任何事物沒有連接。 Hartung說：“這些細胞沒有輸入或沒有輸出，它們無法識別世界上發生的任何事情。”因此，他們“絕對不是”有意識。
這就是大多數科學家會同意的，但是“很難說”，穆特里說。 “我們的神經科學家甚至都不同意，人們可以採取什麼措施來探究他們是否有意識。”
這人腦發送其信號以幫助我們與環境互動。例如，我們看一個錯誤，眼睛向腦細胞發送信號，腦細胞彼此發出信號，並讓我們知道我們正在看到一個錯誤。
那麼，為什麼這些實驗室成長的大腦會發送信號？他們可能在談論什麼？穆特里說：“這是我們不知道的問題，因為胚胎的大腦確實是一個黑匣子。”他說，這些早期階段中的大多數信號似乎都涉及“自由關係”或相互聯繫的指示。
他說，無論如何，他希望這樣的研究能夠幫助我們了解早期的大腦佈線會導致我們的複雜大腦，以及當接線脫穎而出時會發生什麼。
穆特里（Muotri）和他的團隊說，他們現在希望進一步刺激大腦器官，以查看它們是否可以超過9到10個月的發展。研究人員還希望通過用自閉症兒童的細胞創建腦器官來對腦部疾病進行建模，以了解其大腦網絡的發展方式。
研究結果今天（8月29日）在《期刊》上發表細胞幹細胞。
最初出版現場科學。
