科學家將人腦細胞植入老鼠大腦,竟然變聰明了!

在多大程度上,一個生物體算人類呢?是完完整整擁有人類的全部細胞,還是只擁有大腦就可以?又或者,只需要具有部分人類腦細胞?

上個月,史丹佛大學的研究員們就遇到這個倫理難題。他們將人類神經元植入新生的小鼠大腦,發現小鼠的感知和行為都出現變化……

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主導這項實驗的是神經學博士塞爾吉烏·P·帕斯卡(Sergiu Pasca),他不是想造出新物種的科學狂人,只是想研究一下人類腦細胞在自閉症等疾病裡的表現。大部分情況下,此類課題都是在培養皿裡完成的。最開始,帕斯卡博士也是如此,但他對結果不滿意。

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(塞爾吉烏·P·帕斯卡)

2009年,帕斯卡進入史丹佛大學工作後,他就在學習如何用培養皿製造人類神經元。他重點研究妥瑞氏症,這是一種由基因突變引起的罕見自閉症。患者有嚴重的心臟問題,語言和社交能力也存在障礙,大部分人會在幼年時死亡。

帕斯卡和同事們從妥瑞氏症的患者手上提取皮膚細胞,將它轉化成多能幹細胞,再誘導其變成神經元。他在培養皿中觀察單個神經元,發現患者的神經元比普通神經元產生了更多的化學信號。

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這個訊息很寶貴,但單個神經元提供的情報還是太有限。帕斯卡又進一步,將數千個神經元聚合起來,將它們變成大腦類器官。

所謂的「類器官」,就是具有器官關鍵性特徵的培養物,專門進行科學研究用的。帕斯卡做出三個類器官,一個由腦皮層細胞構成,一個由脊髓細胞構成,還有一個由肌肉細胞構成。他們發現這些類器官可以相互協作,比如刺激皮質類器官的時候,會導致肌肉細胞收縮。

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但很快,帕斯卡和同事們發現類器官也不好用。大腦類器官並不是一個微型大腦,哪怕給它足夠的時間、空間和資源,它的發育就是比正常大腦慢、神經元連接更少、神經活動更低。「很明顯,這些模型的限制太多了。」帕斯卡在媒體採訪中說,「如果我們想真的解決這些疾病的生理原因,我們就需要更複雜的人腦模型。」

不過,再怎麼迫切,帕斯卡也不可能切開一個人類的大腦往裡面一探究竟。所以他退而求其次,將人腦類器官放到老鼠的大腦裡。

幾年前,索爾克研究所的神經科學家弗雷德·蓋奇(Fred Gage)就大膽嘗試,將人腦類器官放到小白鼠的大腦中。它不斷得到小白鼠的血液滋養,神經元發育得明顯比培養皿裡更好。

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科學家們猜測,是培養皿環境限制了類器官的成長。所以,從2015年起,帕斯卡和他的團隊就在努力將人腦類器官放到老鼠體內,以研究精神疾病和其他神經系統疾病。他終於在最近獲得突破,研究論文發表在上個月的《自然》雜誌上。

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這項研究的「主角」是80多隻剛生下來不久的小老鼠,帕斯卡等牠們生存穩定後,將一個個芝麻粒大小的人腦類器官移植到小老鼠的體感皮層。這個部位處理小老鼠全身的觸覺和痛感信號,成年後,牠還對來自鬍子的信號特別敏感。

帕斯卡讓老鼠們正常地、快樂地成長,8個月後,他開始檢測牠們的大腦。他發現人類神經元在老鼠的大腦裡增殖得很快,數量達到300萬個,佔老鼠大腦一側皮層的三分之一。

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(左側亮起的部位是人腦類器官)

並且,人腦類器官中每個神經元的大小是培養皿裡的六倍。牠們和人類大腦裡的神經元一樣活躍,彼此有更多連接,細胞膜內具有更高濃度的負離子,狀況與真實人腦很像。

更值得注意的是,人腦類器官自然地和老鼠的腦神經產生連接。牠們不光連接了附近的神經元,遠處的神經元也被連接上。也就是說,老鼠把人類的神經元當成自己的接納了。

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當研究人員對著老鼠的鬍鬚吹氣時,帕斯卡發現老鼠體內的人腦類器官會有動靜。老鼠的特徵被傳遞到人類神經元上。同時,這批老鼠也有了人類特徵。帕斯卡教老鼠們區分紅光和藍光,當這批老鼠看到藍光時,牠們體內的人腦類器官會活躍。而普通老鼠,無論教多久牠們都無法區分。

在另一項實驗中,帕斯卡訓練老鼠喝飲水機裡的水。經過15天的訓練後,有人腦類器官的老鼠出現獎賞效應,為了得到水會做特定動作。這麼看,帕斯卡的老鼠們是變聰明了,也變得更像人。

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這不是他的本意,他只是想創造出更像人類大腦的模型,好研究人類的精神疾病。但現在,他一步跨到倫理禁區。

「我們提前找動物倫理專家問過了,他們說我們需要特別關注動物的痛苦和健康狀況。」帕斯卡說,「我們盡力去做,但我得說,隨著那些大腦模型越來越像人,我們感覺越來越不舒服。 」

生物學研究員格雷·坎普(Gray Camp)和芭芭拉·崔汀琳(Barbara Treutlein)說,這項研究提出了「類器官是否具有意識和道德地位」的倫理問題。南加州大學的神經生物學家喬治婭·誇德拉托(Giorgia Quadrato)認為,現在還不用那麼緊張,擁有人腦類器官的老鼠仍然是老鼠。

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「牠們還是老鼠,仍然是老鼠。從道德角度看,這應該是讓人放心的。」但如果把人腦類器官放到人類近親的腦內,比如猴子或黑猩猩,情況就不妙了。

帕斯卡說自己絕對不會這麼做。由於靈長類動物和人類之間的相似性,人腦類器官只會長得更好,動物的心理和行為會更像人。「這肯定不是我們會做,或被鼓勵做的事。」

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目前,帕斯卡覺得用老鼠研究人腦已經足夠。他在老鼠大腦的一端植入妥瑞氏症患者的類器官,在另一端植入普通人的類器官。研究結果發現,妥瑞氏症患者的神經元的樹突比普通人更短,數量是普通人的兩倍。這樣的實驗可以揭示疾病的底層原因,這正是帕斯卡追求的。

現在,帕斯卡還在研究各種精神疾病,每天面對一群有人腦的老鼠。他承認這感覺怪怪的。隨著對類器官的進一步研究,科學家和生物倫理學家必須一起解決背後隱藏的道德問題。「我們將不得不一起仔細地思考,大腦模型到底是什麼,以及我們人類能走多遠。」

科學需要進步,也需要道德,只有兩者平衡才能做好。

已有(4)人回文

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aikewn 發表於 2022-11-13 15:33
人的大腦,有很多學問,動物為人的長生,做了不少貢獻,做實驗也善待實驗動物
jovtb2us 發表於 2022-11-14 12:04
總覺得這些實驗白老鼠好可憐...
tri39394 發表於 2022-11-15 15:35
移植到靈長類動物的話感覺會像電影猩球崛起那樣@@
irenechen8278 發表於 2022-11-15 16:42
動物實驗其實很殘忍
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