Kuten tutkijat tutkii ihmisaivojen irrallaan kehosta

Nature-lehdessä julkaistunEtiikka kokeillaan ihmisen aivokudoksessa robin 17 johtava neuroscientists jossa tutkijat keskustelivat edisty ihmisaivojen malleja. Pelot asiantuntijat ovat seuraavat: todennäköistä lähitulevaisuudessa mallia on niin kehittynyttä, että he haluaisivat leikkiä paitsi rakennetta vaan myös ihmisen aivotoimintaa.

Onko mahdollista luoda "in vitro" pala hermokudoksen, on tietoisuus? Tutkijat tietävät aivojen rakennetta eläinten hyvin yksityiskohtaisesti, mutta ei löytänyt tähän mennessä, millainen rakenne "Koodaavat" mielen ja miten mitata sen läsnäoloa, kun se tulee eristetyn aivoihin tai vastaavaa.

Aivot akvaariossa

"Kuvittele, että olet heräsin käytettäessä eristäminen säiliö - noin ei ole valoa, ei ääntä, ei ulkoisia ärsykkeitä. Vain tietoisuutenne, roikkuu mitätön. "

Tämä kuva edustaa itseään etiikan asiantuntijoiden, kommentoi julkilausuman Yalen yliopistosta Neurotieteilijä Nenad Sestao (Nenad Sestan), että hänen tiimihallinnoitu 36 tunnin ylläpitämään eristettiin sian aivot "livenä" kunnossa.

viestiTutkijat pitävät sika aivot elossa kehon ulkopuolella Onnistunut kokeilu tehtiin kokouksessa eettisen komitean National Institutes of Health lopussa tämän vuoden maaliskuun. Mukaan tutkija, käyttämällä pumppua, jossa on lämmitetty nimeltään BrainEx ja synteettinen korvike veren, tutkijat tukevat nesteen verenkiertoa ja hapensaantia satoja eläimiä eristetty aivot, surmattiin teurastamoon pari tuntia ennen kokeilu.

Päätellen säilyttäminen aktiivisuus miljardien yksittäisten hermosolujen elinten säilyi hengissä. Kuitenkin tutkijat eivät voi sanoa, onko säilynyt sianliha aivot, sijoitetaan "akvaario", merkkejä tajuissaan. Koska sähköistä aktiivisuutta, joka on osoittautunut toimivaksi, jossa käytetään aivosähkökäyrä, Sestaon vakuuttunut siitä, että "aivot ei joko huolissaan mitään." On mahdollista, että eristetty eläin aivot tilassa kooma, joka, erityisesti, voisi edistää pesu komponentit sen liuoksen.

Tiedot kirjoittajat eivät paljasta kokeilun - he valmistelevat julkaistu tiedelehdessä. Kuitenkin myös köyhissä osissa Sestao- raportoida herättänyt suurta kiinnostusta ja paljon spekulointia teknologian kehittyessä. Ilmeisesti säilyttäminen aivot eivät ole teknisesti paljon vaikeampaa kuin mikään muu elimen säilyttäminen siirtoa varten, kuten sydämen tai munuaisten.

Tämä tarkoittaa sitä, että, teoriassa, voidaan tallentaa enemmän tai vähemmän luonnollinen tila ja ihmisen aivoissa.

Eristetty aivot voisi olla hyvä malli, esimerkiksi lääkeaineiden tutkimuksessa: koska nykyinen sääntely rajoitukset koskevat ihmisille, eikä yksittäisiin elimiin. Kuitenkin eettisestä näkökulmasta tämä herättää paljon kysymyksiä. Vaikka kysymys aivokuoleman jää "harmaa alue" tutkijoille - huolimatta muodollista lääketieteellisiä perusteita, on olemassa useita samanlaisia ​​tiloja josta paluuta normaaliin elämään enemmän mahdollista. Mitä voimme sanoa tilanteesta, kun sanomme, että aivot on vielä elossa. Mitä jos eristetty kehosta aivoihin pidetään edelleen itsessään kokonaan tai osittain merkkejä identiteetin? Sitten on mahdollista kuvitella tilanne kuvattu aiemmin tässä artikkelissa.

Jossa tietoisuus valheita

Huolimatta siitä, että jopa 80-luvulla XX vuosisadan ollut tutkijoiden keskuudessa kannattajat teorian dualismista joka erottaa sielun kehosta, meidän aikanamme, vaikka filosofit, omistettu tutkimus psyyke, olemme yhtä mieltä siitä, että kaikki, mitä me kutsumme tietoisuus syntyy materiaalin aivot (historia asia voidaan lukea tarkemmin, esimerkiksi Tässä luvussaMissä on tietoisuus: tausta ja tutkimuksen näkökulmia kirjasta nobelisti Eric Kandel "In Search of Memory").

Lisäksi nykypäivän tekniikoita, kuten toiminnallinen magneettikuvaus, tutkijat näkee millainen aivoalueilla aktivoituvat suorituksen aikana erityistä henkistä harjoituksia. Kuitenkin käsite tietoisuuden kokonaisuudessaan on liian lyhytaikainen, ja tutkijat eivät ole vielä sopineet onko sarja prosesseja aivoissa tapahtuvista tai sitä koodaa vastaavat tiettyjä hermostoputken korreloi.

Se kertoo kirjassaan, Kandel, jos potilaalla on kirurgisesti erotettu aivopuoliskon tietoisuuden, koska se jaettiin kahteen, joista jokainen saa itsenäisesti näkemys maailmasta.

Näitä ja muita vastaavia tapauksia neurokirurgisen käytäntö osoittaa ainakin sen, että olemassaolo tajunnan aivojen koskemattomuuteen symmetrinen rakenne ei tarvita. Jotkut tutkijat, kuten löytäjä DNA: n rakenteen, Francis Crick, joka lopussa elämän kiinnostuivat neurotieteen uskotaan, että läsnäolo tietoisuus määräytyy erityisten rakenteiden aivoissa.

Ehkä se on varmaa hermostoputken ketju, ja voi olla kyse tueksi aivosolujen - astrosyytitEttä henkilö on, verrattuna muihin eläimiin, se on melko erikoistunut. Joka tapauksessa, ennen mallintaminen yksittäisten ihmisten aivorakenteiden in vitro ( "In vitro"), tai jopa in vivo (Osana eläimen aivot) tutkijat ovat jo saavuttaneet.

Herätä bioreaktorissa

Ei tiedetä, kuinka nopeasti se tulee kokeita koko aivot erotettu ihmiskehon - ensimmäinen asiantuntijoita neurotieteen ja etiikan on sovittava pelisäännöt. Kuitenkin laboratorioissa petrimaljoille ja bioreaktorit ovat jo kasvaneetNousu kolmiulotteinen ihmisaivojen kulttuureissa "Mini-aivot", jotka jäljittelevät rakenne "iso" ihmisaivojen tai erityinen osasto.

Alkionkehityksen aikana sen elinten muodostetaan mukaan tiettyjä vaiheita tiettyjen geenien upotettu ohjelma periaatteen mukaisesti itseorganisaation. Ei ole poikkeus ja hermostoa. Tutkijat havaitsivat, että jos viljelmä kantasolujen käyttämällä tiettyjä aineita indusoimaan erilaistumista hermosoluihin kudos, tämä johtaa spontaanin uudelleenjärjestelyihin soluviljelmässä, jotka ovat samanlaisia ​​kuin jotka tapahtuvat hermostoputken morfogeneesin alkio.

"Default" aiheutettiin näin kantasolut erilaistuvat päätyä aivokuoren neuronien aivot, mutta lisäämällä ulkoinen signalointimolekyylejä petrimaljaan, voidaan valmistaa, esimerkiksi, solut keskiaivojen, striatumissa tai selkäytimessä. Kävi ilmi, että kuppi voidaan kasvattaaSisäinen mekanismi corticogenesis kantasoluista tämä kuori, sekä aivoissa, joka koostuu useista kerroksista neuronien ja astrosyyttien, jotka sisältävät apuaineita.

On selvää, että kaksiulotteinen viljelmät ovat erittäin yksinkertaistettu malli. Periaate itseorganisaatio hermokudoksen on auttanut tutkijoita Siirry nopeasti kolmiulotteisia rakenteita kutsutaan soluelimiin pallosia ja aivojen. Prosessin organisoinnin kudos voidaan vaikuttaa muutokset alkuperäiseen olosuhteissa, kuten alkuperäisen viljelmän tiheys ja heterogeenisuus solujen, ja ulkoiset tekijät. Moduloimalla tiettyjen signalointireittien, voit jopa saavuttaa muodostumista organelliin kehittyneitä rakenteita, kuten optinen kupin verkkokalvon epiteelin, reagoivaSolu monimuotoisuus ja verkon dynamiikka valoherkkä ihmisen aivoissa organoidia valolle.

Käyttämällä erityistä käsittelyä aluksen ja kasvutekijöiden sallittua tutkijat saavat directionallyMallinnus ihmisen aivokuoren kehitystä in vitro käyttäen indusoitujen pluripotenttien kantasolujen ihmisen aivojen organoidikappaleen vastaavan etuaivojen (pallonpuoliskon) kuori, jonka kehitystä, mukaan geenien ilmentymistä ja merkkiaineiden vastaa ensimmäisen kolmanneksen aikana sikiön kehitykseen.

Tiedemiehet Stanfordin johti Serghiou Pask (Sergiu Pasca) kehittiFunktionaaliset aivokuoren neuronien ja astrosyytit ihmisen pluripotenttien kantasolujen 3D kulttuuri tapa kasvattaa kyhmyjä, jotka simuloivat etuaivojen suoraan petrimaljassa. Koko tällaisen "aivot" noin 4 mm, mutta sen jälkeen 9-10 kuukautta kypsytyksen aivokuoren neuronien ja astrosyyttien vastaavat tässä rakenteessaIhmisen Astrosyyttiaktivaatiokokeet Kypsytys Captured 3D aivokuoren sferoidit Johdettu pluripotenttien kantasolujen jälkeiseen kehitykseen tasolla, eli tasolla lapsen kehitykseen heti syntymän jälkeen.

Tärkeää on, että kantasolut kasvaa näitä rakenteita voidaan ottaa yksittäisiä henkilöitä, kuten potilailla, joilla geneettisiä sairauksia hermostoa. Geenitekniikan menestys osoittavat, että tutkijat voivat pian tarkkailla in vitro kehittäminen Neanderthalin aivoissa tai denisovtsa.

Vuonna 2013 tutkijat instituutin molekyylibiologian Itävallan tiedeakatemian julkaisi paperinCerebral organoidia malli ihmisaivojen kehitystä ja pienipäisyysKuvaavat viljely bioreaktorissa kahden tyyppisiä kantasoluja, "aivot pienoiskoossa", jäljittelemällä rakenne ihmisaivojen koko.

Organelliin eri vyöhykkeillä vastaa eri osissa aivoja: takana, keskellä ja etu- ja "etuaivojen" jopa osoitti edelleen erilaistuminen osakkeita ( "pallonpuoliskon"). Mikä on tärkeää, tässä mini-aivot, joiden määrä on enintään muutaman millimetrin, tutkijat havaittu merkkejä toimintaa, erityisesti vaihtelut kalsiumin pitoisuus on neuronien, jotka ovat osoitus niiden magnetointi (yksityiskohtia tämän kokeen luku voida täällä).

Tavoitteena tutkijoiden on ollut paitsi jäljentää kehityksen aivojen in vitroMutta myös tutkia molekyylitason prosesseja, jotka johtavat pienipäisyys - epämuodostumia, joita esiintyy erityisesti infektion aikana alkion Zika viruksen. Tämän työn tekijät esiin saman mini-potilaan aivojen soluihin.

Huolimatta vaikuttavia tuloksia, tutkijat olivat vakuuttuneita siitä, että tällaiset soluelimiin eivät kykene muuttamaan mitään. Ensinnäkin tässä Aivoissa on noin 80 miljardia neuronien ja niiden soluelimiin kasvanut kertaluokkaa pienempiä. Siten mini-aivot yksinkertaisesti fyysisesti pysty täysin hoitavat aivot.

Toiseksi, koska luonteesta "in vitro" joitakin sen rakenteiden sijaitsee melko kaoottinen ja epäsäännöllisen muotoisia, ei-fysiologinen yhteydet toisiinsa. Jos mini-aivot jotain ja ajattelin, se oli selvästi jotain epätavallista meille.

Jotta voidaan ratkaista vuorovaikutusta osastojen, neurotieteilijät ovat ehdottaneet mallia aivoihin uudelle tasolle, joka oli nimeltään "assembloidy". Ja niiden muodostumista kasvatetaan ensin erikseen soluelimiin vastaa erillisten osien aivot, ja sitten ne ovat fuusioituneet.

Tämä lähestymistapa, tutkijat ovat käyttäneetKokoonpano toiminnallisesti integroiduista ihmisen etuaivoja pallosia tutkia, miten kuori rakennettu ns interneuroneita jotka näkyvät muodostamisen jälkeen suurin osa neuronien siirtymistä vieressä oleviin etuaivojen. Assembloidy johdettu kahdenlaisia ​​hermokudoksen, saa tutkia rikkomuksia Interneuron muuttoliikkeen epilepsiaa sairastavilla potilailla ja autismi.

Herää jonkun toisen kehon

Vaikka kaikki parannukset mahdollisia "aivot in vitro" rajoittavat voimakkaasti kolmella perusedellytysten. Ensinnäkin, heillä ei ole verisuonia, joka mahdollistaa toimituksen happea ja ravinteita sisäpuolisia rakenteita. Tästä syystä, koko mini-aivot on rajoitettu diffuusio molekyylien kudoksen läpi. Toiseksi, niillä ei ole immuunijärjestelmän, edellyttäen mikrogliasoluissa: normaali, nämä solut kulkeutuvat keskushermostoon ulkopuolelta. Kolmas, rakenne, lisäämällä liuokseen, ei ole mitään erityistä mikroympäristön elin antaa, joka määrä rajoitetaan signalointimolekyylien tulevat. Ratkaisu näihin ongelmiin olisi luoda kimeerinen eläinmallissa aivoihin.

Viime työssä in vivo malli toiminnallisia ja vascularized ihmisaivojen organoidia Amerikkalaiset tutkijat Salk Institute johdolla Fred Gage (Fred Gage) se kuvaa integrointi ihmisen aivojen soluelimessä (eli mini-aivot) hiiren aivoissa. Voidakseen tehdä tämän, tutkijat ensin rakennettu DNA kantasolujen geeni vihreä fluoresoiva proteiini kohtalo kehittää hermokudoksen voitiin havaita mikroskoopilla. Näistä soluista kasvatettiin 40 päivä soluelimiä, että sen jälkeen, kun istutetaan ontelon retrospleniaalikorteksin aivokuori immunovajaushiiressä. Kolmen kuukauden jälkeen 80 prosenttia eläimistä kiinni implantin.

Kimeerisiä hiiriä aivot analysoitiin kahdeksan kuukautta. Todettiin, että organelleja, jotka voidaan helposti erottaa hehku fluoresoivan proteiinin, onnistuneesti integroitu, on muodostettu laaja verisuonisto, aksonit kasvoivat ja muodostivat synapseja hermohaarakkeet Master aivot. Lisäksi isännältä implantti siirtää mikrogliasoluissa. Lopuksi, tutkijat vahvistivat toiminnallinen aktiivisuus neuronien - he osoittivat sähköisen aktiivisuuden ja kalsium vaihtelut. Siten ihmisen "mini-aivot" täysin tuli osa hiiren aivoissa.

Yllättäen käyttäytyminen koehii- integraation ihmisen hermokudoksen pala ei vaikuta. Testissä tilaoppimisen kimeerisen hiiren aivoissa osoitti samat tulokset kuin normaaleilla hiirillä, ja poikkesi vielä pahempaa muisti - Tutkijat selittivät tätä sillä, että he ovat tehneet kiinnittymisestä reikä kuoren pallonpuoliskon.

Kuitenkin Työn tarkoituksena ollut saada fiksu hiiri ihmisen tietoisuuden ja luomista in vivo malli aivojen soluelimiin henkilön on varustettu verkko alusten ja mikroympäristön eri biolääketieteen sovelluksissa.

Kokeen oli täysin erilainen putEtuaivojen engraftmentti ihmisen glia progenitorisolujen tehostaa synapsiplastisuuden ja oppimista aikuisten hiirillä Tutkijat Center for Translational neyromeditsiny Rochesterin yliopistossa vuonna 2013. Kuten aiemmin mainittiin, ylimääräiset luuytimen soluja (astrosyytit) Ihmisen eroavat muista eläinsoluja, erityisesti hiirissä. Tästä syystä tutkijat ehdottavat, että astrosyytit tärkeä rooli kehityksen ja ylläpidon ihmisen aivotoimintaa. Testata miten kehittää kimeerinen hiiri ihmisen aivojen astrosyytit, tutkijat ovat asettaneet edeltäjien lisävaruste aivosolut hiiren alkioiden.

Kävi ilmi, että kimeerinen ihmisen aivoissa astrosyytit toimi kolme kertaa nopeammin kuin hiiri. Lisäksi kimeerisiä hiiriä aivojen olivat paljon älykkäämpiä kuin keskimääräinen monessa suhteessa. He ajattelevat nopea, paremmin koulutettuja ja keskittyi sokkelo. Luultavasti kimeeriset hiiret eivät ajattele kuten ihmiset, mutta ehkä voineet tuntea seuraavaan vaiheeseen evoluution.

Kuitenkin tutkimiseen ihmisaivojen jyrsijät kaukana ideaalimalli. Se, että ihmisen hermokudos kypsyy mukaan joitakin sisäisiä molekyyli- kello, ja siirtää sen toiseen organismiin ei nopeuttaa prosessia. Koska hiiret elivät vain kahdeksi vuodeksi, ja yhteenlaskettu muodostumista ihmisaivojen ottaa pari vuosikymmentä, pitkän aikavälin prosessien muodossa kimeeristen aivojen tutkimuksen mahdottomaksi. Ehkä tulevaisuudessa neurotieteen vielä pidemmälle ihmisaivot akvaarioissa - selvittää, miten se on epäeettistä, tutkijat tarvitsee vain oppia lukemaan mieliä, ja moderni teknologia, näyttää siltä, ​​myötä pian sen do.

katso myös

• 8 ajatuskokeita joka saa ajattelemaan →
• 4 Kysymykset auttaa aloittaa mielenkiintoinen keskustelu →
• Miten arvoituksia aivojen ja oppia hallitsemaan sitä: 15 hyödyllistä kirjoja →