美國科學家稱，他們已經在器皿中培育出近乎完整的大腦。這一成果對于了解人類大腦功能、治療各種精神疾病具有非凡的意義，但也具有潛在的危險。

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美國俄亥俄州立大學的生物化學和藥理學教授阿南德（Rene Anand）近日在佛羅里達舉辦的軍事衛(wèi)生系統(tǒng)研究研討會上宣稱，他們已經在培養(yǎng)皿中培育出近乎完整的大腦。雖然這個大腦只有鉛筆的橡皮擦頭大小，卻包括了人類胎兒大腦中存在的99%的基因，相當于5周胎兒大腦的成熟度。

最重要的類器官

阿南德等人培育的大腦其實是類器官（organoids）的一種。類器官的出現是干細胞研究的直接成果之一，由干細胞培育出來的類器官是一種微型器官，或稱迷你器官。這類器官具有某些功能，但無完整的人類器官功能，而且在形態(tài)和體積上比真實的器官小得多，因而統(tǒng)稱為類器官。

迄今，研究人員已經利用人的胚胎干細胞和其他干細胞培育出多種類器官。如果以器官的功能和作用來衡量，大腦無疑是最重要的類器官，因為它是生物的指揮和行為中心。

根據阿南德等人的介紹，培育類大腦的過程似乎比較輕松。一開始，研究人員把成人皮膚細胞轉化成誘導的多能干細胞（IPS），這種細胞可以重編程為任何人體組織。由于人類大腦的復雜性，阿南德等人一直不能培育出大腦組織。直到他們改進了技術，把能夠發(fā)育成神經組織的細胞區(qū)分和提取出來，放在一個模擬子宮環(huán)境的裝置中進行培育。

經過12周培養(yǎng)，長成了相當于5周大的胎兒的完整大腦。通過高分辨成像觀察這個培育出的類大腦可以發(fā)現，它具有功能神經元、軸突、樹突、星形膠質細胞、少突膠質細胞和小膠質細胞，同時激活了大腦中具有典型興奮和抑制功能的神經細胞的標記。此外，這個類大腦還連接了脊髓，有信號傳導甚至視網膜組織。

避開倫理爭議

根據形態(tài)標準，這個類大腦具有與真正的大腦相似的完整的組織形態(tài)和各種神經元，因此阿南德認為，這是一顆完整的大腦。過去，研究人員曾培養(yǎng)出近似9周大胎兒的腦組織，但不是完整的大腦。

當然，這次的類大腦也并非完整意義的大腦，因為發(fā)育成5周大的胎兒大腦需要培育15周時間，但現在只培育了12周，而且只具有人類胎兒大腦中99%的基因。不過，如果讓這個類大腦繼續(xù)發(fā)育到16-20周，可能會發(fā)育和補齊缺失的1%基因。

繼續(xù)培育更成熟的大腦需要血液供應，阿南德承認他們的研究團隊尚無這種能力。最好的辦法是，制造一個人造心臟，以幫助這個大腦進一步發(fā)育，如此就有可能讓這個類大腦發(fā)育更成熟，成為擁有完整的人類大腦基因的類大腦。

當然，這只是估計，研究人員能否培育出真正的大小一樣、功能完備的胎兒大腦還是一個未知數，但是，其意義也非常巨大。

這個類大腦的最大的意義是避開了使用胚胎干細胞的局限和爭論。具有全能分化的胚胎干細胞是研究人員所心儀的生物醫(yī)學原材料，因為這可以分化為各種組織和器官，具有貨真價實的質量。但是，胚胎干細胞最大的限制是倫理爭議。當今世界上無論哪個國家的研究人員都不敢越雷池一步，即使用人的胚胎干細胞只能研究限于14天的胚胎，此后就要銷毀胚胎，這是各個國家人類胚胎干細胞研究倫理的基本準則。

所以，阿南德等人的研究采用的是成人的皮膚細胞，并生成誘導的多能干細胞，回避了人類胚胎干細胞的倫理爭議，這實際上是一個非常巧妙的研究途徑和方式。

精神病患者的福音

相當于5周大胎兒的類大腦有什么作用？阿南德提供的答案是，這個大腦模型能進行藥物試驗。在藥物上市前必須進行臨床人體一至三期試驗，在進行人體試驗之前，可以用這種類大腦檢測研發(fā)的新藥，其次可以利用類大腦對中樞神經系統(tǒng)疾病如阿爾茨海默?。ɡ夏晷园V呆）、帕金森病等進行研究，包括這些病的大腦生物學原因、病理和環(huán)境對大腦影響的研究。

在阿南德等人培育出類大腦之前，能夠利用的技術是用干細胞培育出神經細胞來治療帕金森病或阿爾茨海默病，但是迄今也只是到達動物試驗階段。以帕金森病為例，該病的部分發(fā)病原因被視為大腦中的多巴胺神經元受損，這類神經細胞不能制造傳遞神經信號的物質多巴胺。因此用干細胞培育出多巴胺神經元并移植到患者大腦中就成為一種有希望的治療方法。

2012年，日本京都大學誘導多能干細胞（iPS）研究所的高橋淳研究小組在美國《干細胞》雜志上發(fā)表文章稱，該研究小組從猴子受精后1周的受精卵內側取出一部分細胞進行培養(yǎng)，制作成胚胎干細胞，再讓胚胎干細胞生長42天，使其生長為神經細胞，然后再將這些細胞制作成含有35%的能夠分泌多巴胺的神經細胞團塊。

此后，把這些細胞團塊分別移植到4只患有帕金森病的猴子腦內。6個月之后，猴子的手足震顫都消失了，從原先抱著籠子不能活動的癱瘓狀態(tài)變?yōu)槟軌蛟诨\子中來回走動。檢查發(fā)現，猴子的腦中長成了新的多巴胺能神經元。

2013年，高橋淳研究小組又利用一只猴子的iPS細胞培育出多巴胺神經元，對同一只猴子進行自體移植以及對其他猴子進行異體移植試驗，3個月后觀察猴子腦部變化，結果顯示，接受自體移植的猴子幾乎未出現排異反應，并且改善了其帕金森病癥狀。但在接受異體移植的猴腦內，一部分移植的細胞因排異反應而死亡。這說明用自體細胞誘導生成干細胞，再定向培育成多巴胺神經元可以避免免疫排異反應，有效治療帕金森病。

顯然，無論是用誘導多能干細胞生成的多巴胺神經元還是胚胎干細胞生成的多巴胺神經元進行移值，都可以有效治療靈長類動物的帕金森病，下一步需要進行人的試驗才能確定這種神經元移植是否可以治療人的帕金森病。

現在，阿南德等人培育出了5個月大胎兒的類大腦，比此前的干細胞移植治療帕金森病具有更大的優(yōu)勢。因為這種類大腦的細胞已經大致形成雛形，有成熟的分門別類的神經細胞。因此可以直接從中提取多巴胺能神經元來進行移植試驗，看看治療帕金森病甚至阿爾茨海默病的效果如何。這種方式就比干細胞培養(yǎng)和移植大大地前進一步。

類大腦不只是供移植治療疾病。對于各種神經精神疾病的研究，類大腦能夠提供生物實物模型。例如，對于抑郁癥、精神分裂癥、自閉癥等至今束手無策的疾病，不僅可以從解剖部位來定向定位研究，還可以從大腦組織和大腦物質，包括大腦分泌的種種物質以及生物電流來研究。

更重要的是，如果能培育大腦，也為人們直觀地了解大腦提供了一個難得的機會和方式，尤其是對于2013年發(fā)起的人腦計劃具有重要幫助，甚至具有決定意義。如果研究人員能全程觀察到大腦是如何生長和發(fā)育的，對于上述任務以及其他大腦任務的完成就提供了實時和真實的模型。例如，海馬回是何時長成的，是否對記憶和學習有重要作用，以及如何起作用，都可以在觀察大腦中的海馬回生長和形成中獲得線索甚至答案。

潛在的危險？

然而類大腦的最大作用是，它能否作為一個完整的大腦行使人的智慧功能，如果可以，就比仿制大腦的人工智能或智能機器人要強大得多，但也危險得多。用誘導多能的干細胞培育大腦雖然繞過了胚胎干細胞的倫理限制，卻具有更大的潛在危險。

阿南德稱，培育出的這個大腦沒有意識，也不會思考，相關研究不存在任何倫理問題。而且，基于大腦功能的形成是要與現實形成反饋和神經回路，阿南德也認為，“我們不向這個大腦輸入任何感官刺激。這個大腦不以任何方式進行思考”。即便如此，未來利用這種類大腦還是有太多的想象和實施的空間。

如果這個類大腦培育的時間更長，讓其發(fā)育成擁有人類大腦所有基因的完整大腦，而且在培育這種大腦的同時制備相應的各種人體器官甚至是多種材料的機器人軀體，讓這個類大腦能指揮四肢和機器人的所有行動，同時在類大腦發(fā)育的后期像人的大腦發(fā)育一樣，給予其刺激，讓其具有成人的思維或超越人類的思維與智力，這就可能超越目前為止所有的人工智能對人類的威脅。