Като учени, изучаващи човешкия мозък в изолация от тялото
Формиране / / December 19, 2019
Природа списание, издаваноНа етиката на експерименти с човешки мозъчна тъкан Робин 17 водещи невролози, където учени обсъждат напредъка в развитието на моделите на човешкия мозък. Страховете на експерти са, както следва: вероятно в близко бъдеще на модела ще бъде толкова напреднали, че те ще играят не само на структурата, но и функциите на човешкия мозък.
Възможно ли е да се създаде "ин витро" на парче нервна тъкан, има съзнание? Учените знаят, мозъчната структура на животни в големи подробности, но не са намерени досега, какви структура "Възхвала" на ума и как да се измери своето присъствие, когато става дума за изолиран мозъка или други подобни.
Мозъкът в аквариум
"Представете си, че се събудих в изолирана изолация резервоар - около няма светлина, няма звук, никакви външни дразнители. Само вашето съзнание, висящи в нищото. "
Тази картина се представляват сами експерти по етика, коментирайки изявление от Йейлския университет невролог Ненад Sestao (Ненад Sestan), че отборът му успя в рамките на 36 часа, за да се запази изолиран прасе мозъка в "на живо" състояние.
съобщениеИзследователите държат свински мозък жив извън тялото успешен експеримент е направен по време на среща на Комитета по етика на Националния институт по здравеопазване в края на март тази година. Според ученият, с помощта на система помпа с отопляем озаглавена BrainEx и синтетичен заместител на кръв, подкрепени изследователи циркулация на флуид и подаване на кислород до стотици животни изолирани мозъка, умъртвен в кланица в няколко часа преди експериментирате.
Съдейки по опазване активност на милиарди индивидуални неврони, органите остават живи. Въпреки това, учените не могат да кажат дали запазените свински мозък, поставени в "аквариум", признаци на съзнание. Липсата на електрическа активност, доказан стандартен метод с помощта на електроенцефалограма, Sestao убеден, че "мозъкът или не се притеснява за нищо." Възможно е изолиран животински мозъци в състояние на кома, която по-специално може да допринесе за промиване на компоненти на неговата разтвор.
Подробна информация за авторите не разкриват на експеримента - те се готвят публикация в научно списание. Независимо от това, дори и в най-бедните части Sestao докладва той предизвиква голям интерес и много спекулации за по-нататъшното развитие на технологиите. Очевидно е, че запазването на мозъка не е технически много по-трудно, отколкото всеки друг запазване на органите за трансплантация, като сърцето или бъбреците.
Това означава, че по принцип могат да се съхраняват в повече или по-малко естествено състояние и човешкия мозък.
Изолирани мозък може да бъде модел добро, например, за изучаване на лекарства, защото съществуващите регулаторни ограничения се прилагат към човешки същества, а не на отделните органи. Въпреки това, от етична гледна точка, това повдига много въпроси. Дори и на въпроса за мозъчна смърт остава "сивата зона", за изследователи - независимо от наличието на формален медицински критерии, съществуват редица подобни състояния, от която връщане към нормален живот повече е възможно. Какво можем да кажем за ситуацията, когато казваме, че мозъкът е все още жив. Какво става, ако е изолирана от корпуса на мозъка продължава да се поддържа във всички или някои от признаците на идентичност самата? След това е възможно да си представим ситуацията, описана по-рано в тази статия.
Къде се крие съзнание
Въпреки факта, че до 80-те години на XX век са съществували между учените привърженици на теорията на дуализъм, който разделя душата от тялото, в нашето време, дори и философи, посветени на изучаването на психиката, ние сме съгласни, че всичко, което наричаме съзнание се генерира от материалното мозъка (история на проблема може да се чете по-подробно, например, в тази главаКъде е съзнание: на заден план и изследователски перспективи от книгата на нобеловия лауреат Ерик Кандел "В търсене на памет").
Нещо повече, с днешните техники, като например функционален магнитен резонанс, учените да видим до какви области на мозъка се активират по време на изпълнението на специфичната умствена упражнява. Независимо от това, концепцията на съзнание като цяло е твърде ефимерна, и учените все още не са се договорили дали тя е съвкупност от процеси, протичащи в мозъка, или го е кодиран да отговарят на определени невронни корелати.
В него се разказва в книгата си, Кандел, при пациенти с оперативно разделени полукълба на мозъка съзнание, тъй като тя се раздели на две, всеки от които получава независим поглед към света.
Тези и други подобни случаи на неврохирургична практика показват най-малко от факта, че не се изисква наличието на съзнание за цялост на мозъка като симетрична структура. Някои учени, включително и откривателят на структурата на ДНК, Франсис Крик, който в края на живота започва да се интересува неврологията, се счита, че наличието на съзнание се определя от конкретните структури в мозъка.
Може би това е сигурно невронна верига, и може да се случи в подкрепа на мозъчни клетки - астроцититеТова лице е, в сравнение с други животни, тя е доста специализирана. Както и да е, преди моделиране на мозъчните структури индивидуален човешки ин витро ( "Ин витро"), или дори ин виво (Като част от мозъка на животните) учените вече са достигнали.
Събудете се в биореактора
Не е известно колко скоро става дума за експерименти върху целия мозък, извлечени от човешкото тяло - първите специалисти в областта на неврологията и етика трябва да се споразумеят за правилата на играта. Независимо от това, в лаборатории в Петрита и биореактори вече се отглеждаПовишаването на мозъчни култури триизмерен човешки "Мини-мозъци", които имитират структурата на "голям" мозъка на човека или конкретен отдел.
По време на ембрионалното развитие на нейните органи се формират въз основа на определени етапи на определени гени, вградени в програмата в съответствие с принципа на самоорганизация. Не е изключение и нервната система. Изследователите открили, че ако културата на стволови клетки при използване на някои вещества да индуцират диференциация в нервните клетки тъкан, това води до спонтанни пренареждания в клетъчна култура, подобни на тези, които се случват по време на невралната тръба морфогенеза ембрион.
"По подразбиране" предизвикана по този начин стволови клетки се диференцират до края в невроните кората мозъка, но с добавяне на външни молекули сигнализация в петриево блюдо могат да бъдат получени, например, клетки средния мозък, стриатума или гръбначния мозък. Оказа се, че в чашата може да се отглеждаЕдин вътрешен механизъм на corticogenesis от ембрионални стволови клетки тази кора, както и в мозъка, състояща се от няколко слоя от неврони и астроцити, съдържащи помощни вещества.
Ясно е, че на двуизмерни култури са силно опростени модел. Принципът на самоорганизация на нервната тъкан е помогнало на учените да бързо да преминете към триизмерни структури, наречени органели микросфери и церебрална. В процеса на организация на тъканта може да бъде засегната от промени в първоначалните условия, като първоначалната плътност на културата и хетерогенността на клетките, и екзогенни фактори. Модулиране на активността на определени сигнални пътища, може дори да се постигне образуване на органели разширени структури като оптичен чашата с ретината епител, отзивчивРазносима клетка и мрежови динамика в мозъка органоиди фоточувствителен човешки към светлина.
С помощта на специална обработка на кораби и фактори на растежа позволили на учените да получат насоченоМоделиране човешкото развитие кортикална ин витро използване на индуцирани плурипотентни стволови клетки човешки мозъчен органоидното съответното преден мозък (полукълба) кора, развитието на които, в зависимост от експресията на гени и маркери съответства на първия триместър феталното развитие.
А учени от Станфордския довели Serghiou Pask (Серджу Pasca), разработенаФункционални кортикални неврони и астроцити от човешки плурипотентни стволови клетки в култура 3D начин да расте бучки, които симулират преден мозък директно в чашката на Петри. Размерът на такива "мозъци" от около четири милиметра, но след 9-10 месеца на зреене неврони и астроцити съответстват на тази структураHuman асчроциген съзряване Заснето в 3D Мозъчни кортикални Сферите, извлечени от плурипотентни стволови клетки постнатална ниво развитие, т.е. нивото на развитие на бебето веднага след раждането.
Важно е, че стволовите клетки да се развиват тези структури могат да бъдат взети в конкретни лица, като например пациенти с генетично определени заболявания на нервната система. А генното инженерство успех предполагат, че учените скоро ще могат да наблюдават ин витро развитието на мозъка на неандерталеца или denisovtsa.
През 2013 г. учени от Института по молекулярна Биотехнология на Австрийската академия на науките публикува книгаЦеребрална органоиди развитие модел човешки мозък и микроцефалияОписвайки култивиране в биореактор от двата вида на стволови клетки "мозъка в умален", имитира структурата на човешкия мозък като цяло.
Органел различни зони съответстват на различни части на мозъка: гърба, средна и предна и "предния дял на мозъка", дори показа по-нататъшно разграничаване в акции ( "полукълбо"). Какво е важно в този мини-мозъчна, размерът на която е и не повече от няколко милиметра, учените наблюдават признаци на активност, особено колебания в концентрацията на калций в неврони, които са показателни за тяхното възбуждане (за подробности от този експеримент четене мога тук).
Целта на учените е била не само да възпроизвежда еволюцията на мозъка ин витроНо също така и за проучване на молекулни процеси, които водят до микроцефалия - аномалии в развитието, които се случват по-специално по време на инфекцията на ембриона Жика вирус. За тази работа на авторите, повдигнати по същия мини мозъка на клетки на пациента.
Въпреки впечатляващите резултати, учените са уверени, че тези органели не са в състояние да реализират нищо. На първо място, в този мозък съдържа около 80 милиарда неврони, както и техните органели се увеличили с порядъци по-малък. По този начин, мини-мозък просто не физически в състояние да изпълнява пълноценно функциите на мозъка.
На второ място, поради естеството на "ин витро" на някои от нейните структури са били разположени доста хаотична и неправилна форма, не-физиологични връзките помежду им. Ако мини-мозъчна нещо и си помислих, че е ясно нещо необичайно за нас.
За да се реши проблема на взаимодействие между отделите, невролозите са предложени за модел на мозъка на едно ново ниво, което е обявен за "assembloidy". За тяхното образуване първо се отглеждат отделно органели, съответстващи на отделните части на мозъка, и след това те се сливат.
Този подход, учените са използвалиМонтаж на функционално интегрирани човешки предния дял на мозъка микросфери за проучване как кора построен така наречените интерневроните, които се появяват след формирането на по-голямата част от неврони от миграция от съседните предния дял на мозъка. Assembloidy получени от два вида нервната тъкан, оставя се да се разгледа нарушения на interneuron миграция при пациенти с епилепсия и аутизъм.
Събудете се в тялото на някой друг
Дори и с всички подобрения възможно "мозъка ин витро" строго ограничени от три основни условия. Първо, те не трябва съдова система, която позволява доставяне на кислород и хранителни вещества до вътрешните структури. Поради тази причина, размерът на мини-мозъците са ограничени до дифузия на молекули през тъканта. На второ място, те нямат имунна система, предоставена от микроглиални клетки: нормални, тези клетки да мигрират в централната нервна система отвън. Трето, в структура, увеличаване в разтвора, не е специфично микросреда, предоставена от органа, който ограничава броя на сигнални молекули, влизащи. Решението на тези проблеми би било да се създаде химерно животински модел на мозъка.
В скорошно работаЕдна ин виво модел на функционални и васкуларизирани мозъчни органоиди човешки Американските учени от Института Солк, водени от Фред Гейдж (Fred Gage) го описва интегрирането на човешката мозъчна органела (т.е. мини-мозъчна) в мозъка на мишката. За да се направи това, изследователите първата вградени в може да се наблюдава с микроскоп ДНК на гена на стволови клетки зелен флуоресцентен протеин на съдбата на развитие на нервната тъкан. От тези клетки се култивират в продължение на 40 дни органели, че след имплантира в кухина в ретроспленален кора мишка с имунодефицит. След три месеца, 80 процента от животните, уловени на импланта.
Химерните мишки мозъци бяха анализирани за осем месеца. Установено е, че органели, които могат лесно да бъдат разграничени от блясъка на флуоресцентен протеин, успешно интегрирани, образуван широка васкулатура, аксоните нарастват и формира синапси с нервните процеси мозъка на господаря си. В допълнение, от гостоприемника в импланта премества микроглиални клетки. Накрая, изследователите потвърждават функционалната активност на невроните - те показаха електрически колебания активност и калций. По този начин, човекът "мини-мозъчна" напълно стана част от мозъка на мишката.
Изненадващо, поведението на експерименталната мишки интегрирането на детайла на човешката нервна тъкан не е засегната. В теста за пространствена живот химерен мозъка на мишки показва същите резултати, както тази на нормални мишки, и различават дори по-лошо памет - учените обясняват това с факта, че те са направили за имплантиране на дупка в кората полукълба.
Независимо от това, че целта на настоящата работа не получава умна мишка с човешкото съзнание и създаването на ин виво модел на мозъчните органели човек е оборудван с мрежа от съдове и микросреда на различни биомедицински приложения.
Експериментът е бил съвсем различен вид путПреден мозък присаждане на човешки глиални прогениторни клетки подобрява синаптична пластичност и обучение при възрастни мишки Учени от Центъра за Translational neyromeditsiny Университета на Рочестър през 2013. Както вече споменахме, помощни мозък (астроцити) човека се различават от други животински клетки, по-специално мишки. Поради тази причина, учените предполагат, че астроцитите играят важна роля в развитието и поддържането на функциите на човешкия мозък. За да тествате как да развиват химерна мишка с човешки мозъчни астроцити, учените са направили предшествениците допълнителни клетки в мозъка на миши ембриони.
Оказа се, че в човешкия мозък химерни астроцитите работят три пъти по-бързо, отколкото на мишката. Освен това, химерни мишки с мозък бяха много по-умни от средната в много отношения. Те мислят бързо, по-добре обучени и фокусирана в лабиринта. Вероятно химерни мишки не мислят като хората, но може да са били в състояние да се чувстват следващия етап от еволюцията.
Независимо от това, за изучаване на човешкия мозък гризачите далеч от идеалното модел. Фактът, че нервната тъкан човешки отлежава съгласно някои вътрешни молекулярен часовник, и се прехвърля в друг организъм не ускори процеса. Като се има предвид, че мишките са живели в продължение на две години, а общият формирането на човешкия мозък отнема няколко десетилетия, всякакви дългосрочни процеси в формата на химерно мозъка проучване невъзможно. Може би бъдещето на неврологията все още извън човешкия мозък в аквариуми - за да разберете как това е неетично, учените просто трябва да се научи да чете мисли и модерни технологии, както изглежда, скоро ще го позволи направя.
виж също
- 8 мислех експерименти, които ще ви накарат да мисля →
- 4 въпроса към помощ започват интересен разговор →
- Как да разгадаят тайните на мозъка и да се научат да го управляват: 15 полезни книги →