科學(xué)家培育出“迷你”大腦 可控制肌肉收縮

（原標(biāo)題：Scientists grow 'mini-brain on the move' that can contract muscle）

出品|網(wǎng)易科學(xué)人欄目組 晗冰

據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，日前劍橋大學(xué)的研究人員在帶有脊髓和肌肉的培養(yǎng)皿中培育出一個(gè)微型大腦，并能夠自發(fā)生長(zhǎng)出神經(jīng)元連接刺激周圍的肌肉組織進(jìn)行收縮，這一進(jìn)展有望加快對(duì)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元疾病等病癥的研究。

研究人員發(fā)現(xiàn)，所培育出的扁豆大小人類腦細(xì)胞灰質(zhì)組織可以自發(fā)地用類似卷須的物質(zhì)與取自老鼠的脊髓和肌肉組織相連。這些肌肉組織在所謂“迷你”大腦器官控制下明顯能夠進(jìn)行收縮運(yùn)動(dòng)。

這項(xiàng)研究是一系列復(fù)雜人腦模擬實(shí)驗(yàn)中的最新進(jìn)展，而此次的模擬對(duì)象接近中樞神經(jīng)系統(tǒng)。

馬德琳·蘭卡斯特（Madeline Lancaster）是劍橋大學(xué)醫(yī)學(xué)研究委員會(huì)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的負(fù)責(zé)人，她說(shuō):“我們喜歡把它們想象成移動(dòng)中的‘迷你’大腦。”

科學(xué)家們用一種新的方法從人類干細(xì)胞中培育出微型大腦，這使得實(shí)驗(yàn)中培育出的大腦器官比之前達(dá)到了更復(fù)雜的發(fā)展階段。最新觀察顯示，在神經(jīng)元種類和組織結(jié)構(gòu)方面，這種實(shí)驗(yàn)室培育的組織與懷孕12-16周的人類胎兒大腦有相似之處。

然而，科學(xué)家們說(shuō)這個(gè)組織仍然太小太原始，不會(huì)有任何接近思想、感覺(jué)或意識(shí)的跡象。

蘭卡斯特說(shuō):“每次我們?cè)傧蚯斑~進(jìn)一步，進(jìn)行這樣的討論仍然是一個(gè)好的想法。“但我們普遍認(rèn)為，我們離這個(gè)目標(biāo)還很遠(yuǎn)。”

一個(gè)發(fā)育完全的人類大腦有800倒900億個(gè)神經(jīng)元，而實(shí)驗(yàn)室中培育的這個(gè)器官有兩百萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元，就灰質(zhì)的體積而言，其介于蟑螂和斑馬魚(yú)的大腦之間。

在此之前，由于培育的組織中心缺乏營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)供應(yīng)，科學(xué)家們所能培育的神經(jīng)組織復(fù)雜程度受到了限制。一旦它長(zhǎng)到一定程度后，組織中間的神經(jīng)元就無(wú)法獲得營(yíng)養(yǎng)，從而開(kāi)始死亡，整個(gè)組織就會(huì)停止發(fā)育。

在最新的研究中，科學(xué)家們改進(jìn)了方法，在培育出神經(jīng)組織后，使用一個(gè)微小的振動(dòng)刀片把其切成半毫米厚的薄片，然后將薄片放置在薄膜上，漂浮在富含營(yíng)養(yǎng)的液體上。這意味著整個(gè)切片都能獲得營(yíng)養(yǎng)和氧氣。在培育一年之后，其繼續(xù)發(fā)育并形成了新的連接。

除了類似大腦的器官外，科學(xué)家們還從老鼠胚胎中提取了一根1毫米長(zhǎng)的脊髓以及周圍的背部肌肉。神經(jīng)元細(xì)胞開(kāi)始自動(dòng)發(fā)育出神經(jīng)元連接與脊髓相連，并開(kāi)始發(fā)出電脈沖導(dǎo)致肌肉抽搐。

研究人員的目標(biāo)是利用這種系統(tǒng)來(lái)研究人類大腦和神經(jīng)系統(tǒng)是如何發(fā)育的，以及出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元疾病、癲癇和精神分裂癥的根本原因。

蘭卡斯特說(shuō):“顯然，我們不僅僅是為了好玩而研究。“我們想用這個(gè)組織來(lái)模擬疾病，并了解這些神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是如何建立起來(lái)的。”

格雷·坎普（Gray Camp）是位于瑞士巴塞爾的分子與臨床眼科研究所遺傳學(xué)家。雖然其并沒(méi)有參與這項(xiàng)研究，但坎普將這一進(jìn)展描述為“該領(lǐng)域的一大步”。他說(shuō):“看到功能性神經(jīng)束從發(fā)育中的腦組織中生長(zhǎng)出來(lái)，并刺激其他組織，這非常令人興奮。”