Одним из способов, которым ученые могут неинвазивно изучать человеческий мозг, является выращивание «мини-мозгов», кластеров клеток мозга, каждый размером с горошину, в лаборатории. В увлекательном развитии этого направления исследований команда на этой неделе сообщает, что они наблюдали похожие на человека мозговые волны от этих органоидов.
Предыдущие исследования мини-мозг продемонстрировал движение и развитие нервного тракта, но новое исследование, проведенное учеными из Калифорнийского университета в Сан-Диего, под руководством биолога Алиссона Муотри, является первым, чтобы зафиксировать человеческую нервную деятельность. В своей статье, опубликованной в Cell Stem Cell в четверг,
Исследователи пишут, что они наблюдали паттерны мозговых волн, напоминающие таковые у развивающегося человека. По словам Муотри, это изощренность модели in vitro — это шаг, позволяющий ученым использовать мини-мозг для изучения развития мозга, моделирования заболеваний и изучения эволюции мозга.
Поперечное сечение органоида мозга.
«Мы тщательно изучаем рак, мы глубоко изучаем сердце », — сказал Муотри Гизмодо по телефону. «Но мозгом отстаем».
Для создания этих мини-мозгов, технически называемых органоидами, исследователи взяли плюрипотентные стволовые клетки человека и представили их в богатой питательными веществами чашке Петри, предназначенной для имитации среды, в которой развивается наш собственный мозг.
Из-за плюрипотентной природы стволовых клеток, что означает, что они могут стать любым числом различных клеток, эти клетки можно было бы подтолкнуть к созданию трехмерной структуры, напоминающей развивающийся человеческий мозг, хотя и гораздо меньшего размера. Примерно через два месяца разработки, команда начала замечать всплески нейронной активности в сети, которые ранее не наблюдались.
Десятимесячные органоиды мозга, каждый размером с горошину.
Когда команда начала наблюдать эти прерывистые всплески электрической активности, они изначально не искали сходства между своей моделью и младенцами, сообщил соавтор и аспирант Ричард Гао Ричмодо. «Мы увидели, что характерной особенностью этих органоидных колебаний является то, что они происходят всплесками: сеть неактивна большую часть времени, и каждые 10-20 секунд или около того самопроизвольный всплеск активности происходит», — сказал Гао. «Это напоминало функцию у недоношенных детей, называемую следом прерывания,
где ЭЭГ ребенка в большинстве случаев очень неактивна, что прерывается сильными колебательными переходными процессами. Поэтому, если бы вам пришлось называть это специфической особенностью, я думаю, это был бы тот факт, что колебания приходят и уходят… Нам очень повезло найти набор данных, сообщающий об этих особенностях в ЭЭГ недоношенных детей ».
Команда обучила алгоритму машинного обучения распознавать характерные особенности ЭЭГ недоношенных детей и провела оценку церебральных органоидов на предмет сходства. Алгоритм был в состоянии предсказать, сколько недель органоиды развились в культуре, и между 25 и 40 неделями развития органоида, а алгоритм больше не может различать органоиды и детские ЭЭГ.
Но, пояснил Муотри, это сравнение не обязательно должно быть однозначным. Существуют определенные особенности и ограничения ЭЭГ недоношенных детей, включая влияние толщины развивающегося человеческого черепа на показания, которые отличаются от выращенных в лаборатории органоидов. Муотри говорит, что для целей своего исследования команда исключила эти несопоставимые переменные.
Однако, чтобы действительно закрепить эти результаты, исследователи говорят, что эти несоответствия между детской ЭЭГ и органоидом необходимо будет устранить.
«Я думаю, что невозможно сказать, насколько схожа активность органоидов с преждевременной ЭЭГ», — сказал Гизмодо в электронном письме Арнольд Кригштейн, невролог из Калифорнийского университета в Сан-Франциско, который не участвовал в новом исследовании.
«Развитие спонтанной активности у органоидов довольно интересно, и исследователи убедительно показали, что это зависит от нейрональной активности. Но органоиды настолько отличаются от реальной развивающейся коры головного мозга, что даже если феноменология схожа, нам все же нужны лучшие доказательства того, что лежащие в основе механизмы одинаковы … Это все равно, что сравнивать яблоки с апельсинами: хотя они оба фруктовые, они не одинаковы ».
Тем не менее, Кригштейн действительно говорит, что это исследование является важным шагом к ответу на эти вопросы.
Другой вопрос, который ставит этот эксперимент и другие подобные ему, сказал Муотри, заключается в том, мини-мозг можно считать сознательным, и какие этические то дилеммы могут возникнуть в будущем. Хотя Кригштейн утверждал, что органоиды недостаточно развиты, чтобы считаться сознательными, Муотри сказал, что он не может быть уверен в любом случае.
«Мой первоначальный ответ был:« Я так не думаю », но правда в том, что у нас нет никаких доказательств в любом случае», — сказал Муотри Gizmodo. «У нас пока нет методов проверить это», — сказал он в заключение.
