Jako naukowcy badania ludzkiego mózgu w oderwaniu od ciała
Formowanie / / December 19, 2019
W czasopiśmie Nature opublikowaneEtyka eksperymentowania z ludzkiej tkanki mózgowej robin 17 czołowi neurolodzy, gdzie naukowcy omówione postęp w rozwoju ludzkich modeli mózgu. Obawy ekspertów są następujące: prawdopodobnie w najbliższej przyszłości model będzie tak zaawansowana, że grają nie tylko strukturę, ale również ludzkie funkcje mózgu.
Czy to możliwe, aby stworzyć „in vitro” kawałek tkanki nerwowej, ma świadomość? Naukowcy wiedzą strukturę mózgu zwierząt w najdrobniejszych szczegółach, ale nie znaleziono do tej pory, jaki rodzaj konstrukcji „Kodowanie” umysł i jak mierzyć swoją obecność, jeśli chodzi o wyizolowanego mózgu lub tym podobne.
Mózg w akwarium
„Wyobraź sobie, że budzisz się w izolowanym zbiorniku izolacji - wokół nie ma światła, brak dźwięku, brak bodźców zewnętrznych. Tylko twoja świadomość, zawieszony w próżni ".
Ten obraz reprezentują sami eksperci w dziedzinie etyki, komentując oświadczenie z Yale University neurologa Nenad Sestao (Nenad Sestan), że jego zespół w ciągu 36 godzin udało się utrzymać samodzielnie świnia mózg w „na żywo” warunek.
wiadomośćNaukowcy utrzymują mózgi wieprzowych żyje poza ciałem udany eksperyment powstał na spotkaniu Komisji Etyki Narodowych Instytutów Zdrowia pod koniec marca tego roku. Według naukowca, stosując układ pomp z ogrzewanym tytułem BrainEx i syntetyczne substytutu krwi, badacze obsługiwane obieg płynu i dopływ tlenu do setek zwierząt mózg izolowany, skazany na śmierć w rzeźni w ciągu kilku godzin przed eksperymentowania.
Sądząc po aktywności konserwatorskich miliardów poszczególnych neuronów, ciała pozostały przy życiu. Jednak naukowcy nie mogą powiedzieć, czy zachowane mózgi wieprzowe, umieszczonych w „akwarium”, oznak świadomości. Brak aktywności elektrycznej, sprawdzoną standardową metodą za pomocą elektroencefalogramu, Sestao przekonany, że „mózg jest albo nie martwić się o nic.” Jest możliwe, że pojedyncza mózgu zwierząt w stanie śpiączki, która w szczególności może przyczynić się do mycia części jego rozwiązania.
Szczegóły autorzy nie ujawniają eksperyment - są przygotowania publikacji w czasopiśmie naukowym. Niemniej jednak, nawet w biednych częściach Sestao zgłosić to wzbudziło wielkie zainteresowanie i wiele spekulacji na temat dalszego rozwoju technologii. Wydaje się, że zachowanie mózgu nie jest technicznie znacznie trudniejsze niż jakiekolwiek inne zachowania narządu do przeszczepu, takich jak serce czy nerki.
Oznacza to, że teoretycznie mogą być przechowywane w stanie mniej lub bardziej naturalnego i ludzkiego mózgu.
Wyizolowane mózg może być dobrym modelem, na przykład, do badania leków: ponieważ istniejące ograniczenia prawne dotyczą ludzi, a nie na poszczególnych narządów. Jednakże z etycznego punktu widzenia, to rodzi wiele pytań. Nawet kwestia śmierci mózgu pozostaje „szarej strefie” dla naukowców - mimo istnienia formalnego kryteria medyczne, istnieje szereg podobnych stanów, z których powrót do normalnego życia więcej możliwe. Co możemy powiedzieć o sytuacji, gdy mówimy, że mózg jest ciągle żywy. Co jeśli wyizolowany z ciała mózg nadal być przechowywane w sobie wszystkie lub niektóre z objawów tożsamości? To jest możliwe do wyobrażenia sytuacja opisana w tym artykule.
Gdzie leży świadomość
Pomimo faktu, że istniały aż do 80-ych XX wieku wśród naukowców zwolenników teorii dualizmu, który oddziela duszę od ciała, w naszym czasie, nawet filozofów, poświęcony studium psychiki, zgadzamy się, że wszyscy świadomość, że nazywamy są generowane przez materialnego mózgu (historia problemu można odczytać bardziej szczegółowo, na przykład, w tym rozdzialeGdzie jest świadomość: tło i perspektywy badawcze z książki laureata Nobla Eric Kandel "In Search of Memory").
Ponadto przy obecnym stanie techniki, takich jak czynnościowe obrazowaniu rezonansu magnetycznego, naukowcy Można zobaczyć na jakie obszary mózgu są aktywne podczas wykonywania specyficznych psychicznego ćwiczenia. Niemniej jednak pojęcie świadomości jako całość jest zbyt ulotne, a naukowcy wciąż nie uzgodniły, czy jest to zestaw procesów zachodzących w mózgu, czy to jest kodowana spełniać pewne korelaty neuronalne.
Opowiada w swojej książce, Kandel, u pacjentów z chirurgicznie oddzielone półkul mózgu świadomości, jak to zostało podzielone na dwie części, z których każda otrzymuje niezależny pogląd na świat.
Te i podobne przypadki neurochirurgicznym praktyce ilość ta wynosi co najmniej to, że istnienie świadomości integralności mózgu w symetrycznej struktury nie jest wymagane. Niektórzy badacze, w tym odkrywca struktury DNA, Francis Crick, który pod koniec życia stał zainteresowany w neurologii, uważa się, że obecność świadomości zależy od specyficznych struktur w mózgu.
Może to pewien łańcuch neuronowych i może być w przypadku wsparcia komórek mózgu - astrocytyŻe dana osoba, w porównaniu z innymi zwierzętami, jest dość specjalizuje. W każdym razie, przed modelowaniem struktur mózgu indywidualnej człowieka in vitro ( "In vitro") lub nawet in vivo (Jako część mózgu zwierzęcego) naukowcy już osiągnięta.
Obudzić się w bioreaktorze
Nie wiadomo, jak szybko dojdzie do eksperymentów na całych mózgach pochodzących z ludzkiego ciała - pierwszych specjalistów w dziedzinie neurologii i etyki musi zgodzić się na zasadach gry. Niemniej jednak, w laboratoriach w szalkach Petriego i bioreaktorach są już uprawianeWzrost kultur ludzkiego mózgu trójwymiarowy „Mini-mózg”, które naśladują strukturę „duży” mózgu ludzkiego lub konkretnego działu.
Podczas rozwoju embrionalnego jego organów są tworzone według pewnych etapach pewnych genów wbudowanych w programie zgodnie z zasadą samoorganizacji. Nie jest wyjątkiem, a system nerwowy. Naukowcy odkryli, że jeżeli hodowla komórek macierzystych za pomocą pewnych substancji, które wywołują różnicowanie komórek nerwowych tkanek, co prowadzi do spontanicznego rearanżacji w hodowli komórkowej, podobnych do tych, które występują podczas morfogenezy cewy nerwowej embrion.
„Default” wywołanej w ten sposób komórki macierzyste różnicują się skończyć w neuronach kory z mózg, ale dodawanie zewnętrznych cząsteczek sygnałowych w szalce Petriego, można wytworzyć, na przykład, komórkach śródmózgowia, prążkowiu lub rdzenia kręgowego. Okazało się, że w kubku można hodowaćNieodłącznym mechanizm corticogenesis z embrionalnych komórek macierzystych Kora tego, a także w mózgu, składający się z kilku warstw neuronów i astrocytów zawierających substancje pomocnicze.
Jest oczywiste, że hodowle dwuwymiarowe są bardzo uproszczony model. Zasada samoorganizacji tkanki nerwowej pomogło naukowcom szybko przeskoczyć do trójwymiarowych struktur zwanych organelle kuleczki i mózgowe. W procesie organizacji tkanek może mieć wpływ na zmiany początkowych warunków, takich jak gęstość początkowa kultury i heterogenności komórek i czynników zewnętrznych. Modulowanie aktywności niektórych szlaków sygnałowych, można nawet osiągnąć powstawania organelli zaawansowanych struktur, takich jak kielicha ocznego z nabłonka siatkówki, czułyróżnorodność komórek i siecią dynamika w mózgu człowieka organoids światłoczuły na światło.
Korzystanie specjalnym naczyniu przetwarzanie i czynników wzrostu pozwoliły naukowcy otrzymują kierunkowoModelowanie rozwoju ludzkiej kory in vitro stosując indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste Ludzki mózgowej organoidalne odpowiadającego mu przodomózgowie (kora) półkul, rozwój, który zgodnie z ekspresją genów i markery odpowiada rozwoju płodu pierwszym trymestrze ciąży.
A naukowcy z Stanford doprowadziły Serghiou Pask (Sergiu Pasca) opracowanejFunkcjonalne neurony korowe i astrocyty z ludzkich komórek macierzystych w pluripotencjalne kultury 3D sposób rosnąć grudek, które symulują przodomózgowia bezpośrednio w naczyniu Petriego. Wielkość takich „mózgiem” około 4 milimetry, ale po 9-10 miesiącach dojrzewania i astrocyty, neurony korowe odpowiadają w tej strukturzeHuman astrocytów Dojrzewanie ujęte w 3D kory mózgowej Spheroids pochodzące od pluripotencjalne komórki macierzyste Poziom rozwój poporodowy, czyli poziom rozwoju dziecka zaraz po urodzeniu.
Co istotne, komórki macierzyste do wyrastania tych struktur może być wykonane w określonych osób, takich jak pacjenci z genetycznie uwarunkowanych schorzeń układu nerwowego. Inżynieria genetyczna sukces sugerują, że naukowcy będą mogli obserwować in vitro rozwój mózgu neandertalczyka lub denisovtsa.
W 2013 roku naukowcy z Instytutu Biotechnologii Molekularnej Austriackiej Akademii Nauk opublikowała dokumentRozwój modelu ludzkiego mózgu mózgowym organoids i małogłowieOpisujące hodowlę w bioreaktorze z dwóch typów komórek macierzystych „mózgu u miniaturowych”, naśladując struktury mózgu człowieka, jako całości.
Organelli różne strefy odpowiadają różnym częściom mózgu: z tyłu i z przodu, w środku i „przodomózgowia” wykazało nawet dalsze różnicowanie akcji półkuli ( „”). Co ważne, w tym mini-mózg, której wysokość jest również nie więcej niż kilka milimetrów, naukowcy zaobserwowali oznaki aktywności, w szczególności wahania stężenia wapnia wewnątrz neuronów, które wskazują na ich wzbudzenia (szczegóły tego eksperymentu odczytu puszka tutaj).
Celem naukowców jest nie tylko odtworzyć ewolucję mózgu in vitroAle także do badania procesów molekularnych, które prowadzą do mikrocefalia - zaburzeń rozwojowych, które występują w szczególności podczas zakażenia wirusem Zíka zarodków. Do tej pracy autorzy podniósł sam mini-mózg komórek pacjenta.
Mimo imponujących wyników, naukowcy byli przekonani, że takie organelle są w stanie zrozumieć wszystko. Po pierwsze, w tym mózgu, zawiera około 80 miliardów neuronów i ich organelli wzrosła o rzędy wielkości mniejsze. Tak więc, mini-mózg po prostu fizycznie nie mógł w pełni wykonywać funkcje mózgu.
Po drugie, ze względu na charakter „in vitro” niektórych jej struktur zlokalizowane były dość chaotyczne i nieregularne w kształcie non-fizjologiczne połączenia ze sobą. Jeśli się czegoś mini-mózg i że to było wyraźnie coś niezwykłego do nas.
W celu rozwiązania problemu interakcji pomiędzy działami, neurolodzy zaproponowali do mózgu modelu na nowy poziom, który został nazwany „assembloidy”. Ich powstawania najpierw hodowano osobno do oddzielnych odpowiednich organelli części mózgu, a następnie są łączone.
Takie podejście, naukowcy wykorzystaliMontaż funkcjonalnie zintegrowanych ludzkich przodomózgowia kuleczek do badania, jak skórka zbudowana tzw interneurony, które pojawiają się po uformowaniu masy neuronów przez migrację z sąsiednich przodomózgowia. Assembloidy pochodzą z dwóch rodzajów tkanki nerwowej, dopuszczonych do zbadania naruszeń migracji interneuron u pacjentów z padaczką i autyzmem.
Obudzić się w ciele kogoś innego
Nawet z wszystkich ulepszeń możliwe „brain in vitro” poważnie ograniczona przez trzech podstawowych warunków. Po pierwsze, nie ma układu naczyniowego, który umożliwia dostarczanie tlenu i składników odżywczych do struktur wewnętrznych. Z tego powodu, rozmiar mini-mózg jest ograniczony do dyfuzji cząsteczek przez tkankę. Po drugie, nie ma systemu odpornościowego, dostarczane przez komórki mikrogleju: normalne komórki te przenikają do ośrodkowego układu nerwowego, z zewnątrz. Po trzecie, struktura, zwiększając się w roztworze, nie ma konkretnego mikrośrodowisko dostarczane przez ciało, co ogranicza liczbę cząsteczek sygnałowych, wprowadzając go. Rozwiązaniem tych problemów byłoby stworzenie mózg chimeryczny model zwierzęcy.
W ostatnich pracach in vivo Model funkcjonalnych i unaczynionych ludzkich mózgu organoids Amerykańscy naukowcy z Salk Institute prowadził Fred Gage (Fred Gage) to opisuje integrację ludzkiego organelli mózgowej (tj mini-mózg) w mózgu myszy. W tym celu, naukowcy zbudowany w DNA genu komórek macierzystych zielonego białka fluorescencyjnego do losu rozwijającej się tkanki nerwowej może być obserwowany za pomocą mikroskopu. Takie komórki były hodowane przez 40 dni, że po organelli wszczepia się zagłębienia w płatem kory myszy z niedoborem odporności. Po trzech miesiącach, 80 procent zwierząt złapany na implancie.
Chimeryczne mózgi myszy były analizowane przez osiem miesięcy. Stwierdzono także, że organelli, które mogą być łatwo rozróżnione przez poświatę białka fluorescencyjnego skutecznie zintegrowane, tworzą rozległe naczyniowy, aksony rósł i tworzą synapsy z procesów nerwowych mózg pana. Ponadto, od gospodarza do implantu przeniesione komórki mikrogleju. Wreszcie, badacze potwierdziły aktywność funkcjonalną neuronów - wykazywały aktywność i wapnia elektrycznych fluktuacje. Zatem ludzkie „mini-mózg” w pełni stała się częścią mózgu myszy.
Zaskakująco, zachowanie eksperymentalnej integracji myszy ludzkiego kawałka tkanki nerwowej nie jest naruszona. W tym teście przestrzennego uczenia się chimeryczne mózgu myszy wykazały takie same wyniki, jak w normalnych myszy i różniły się jeszcze gorsza pamięć - wyjaśniają naukowcy to przez fakt, że zrobili dla implantacji otwór w korze półkule.
Niemniej jednak, celem tej pracy nie był już mądry mysz z ludzkiej świadomości i tworzenia in vivo model organelli mózgowe osoby wyposażony jest w sieć naczyń i mikrośrodowiska dla różnych zastosowań biomedycznych.
Eksperyment był zupełnie inny rodzaj putPrzodomózgowia zasiedlenie przez człowieka glejowych komórek prekursorowych zwiększa plastyczność synaps i uczenia się dorosłych myszy Naukowcy z Centrum translacyjnej neyromeditsiny University of Rochester w 2013 roku. Jak wcześniej wspomniano, pomocnicze komórki szpiku kostnego (astrocyty) ludzka różni się od innych komórek zwierzęcych, w szczególności u myszy. Z tego powodu naukowcy sugerują, że astrocyty odgrywają ważną rolę w rozwoju i utrzymania funkcji ludzkiego mózgu. Aby przetestować, jak rozwijać chimeryczny mysz z ludzkich astrocytów mózgu, naukowcy wprowadzili poprzedników akcesoriów komórki w mózgu mysich embrionów.
Okazało się, że w chimerycznych ludzkich astrocytów mózgu pracować trzy razy szybciej niż myszy. Ponadto, chimeryczne myszy z mózgu były o wiele mądrzejszy niż przeciętny pod wieloma względami. Myślą, że szybko, lepiej wyszkolonych i koncentruje się w labiryncie. Prawdopodobnie chimerycznych myszy nie myśleć jak ludzie, ale mogło być w stanie czuć się kolejny etap ewolucji.
Niemniej jednak, do badania ludzkiego mózgu gryzoni daleko od modelu idealnego. Fakt, że ludzka tkanka nerwowa dojrzewa według niektórych wewnętrznego zegara cząsteczkowej, a następnie przenieść do innego organizmu nie przyspiesza proces. Biorąc pod uwagę, że myszy mieszkał tylko przez dwa lata, a łączna formacja ludzkiego mózgu trwa kilka lat, żadnych procesów długoterminowych w formacie studiów chimeryczny mózgu niemożliwe. Być może przyszłość neurologii nadal poza ludzkie mózgi w akwarium - aby dowiedzieć się, w jaki sposób jest to nieetyczne, naukowcy po prostu trzeba nauczyć się czytać w myślach, a nowoczesna technologia, wydaje się, wkrótce to pozwolić zrobić.
zobacz także
- 8 uważało, eksperymenty, które będzie można myśleć →
- 4 pytania, aby pomóc rozpocząć ciekawą rozmowę →
- Jak rozwikłać tajemnice mózgu i nauczyć się zarządzać: 15 pomocnych książek →