Kao što znanstvenici proučavaju ljudski mozak u izolaciji iz tijela

Časopis Nature objavioEtika eksperimentiranja s ljudskom moždanom tkivu Robin 17 vodećih neuroznanstvenici, u kojem su znanstvenici raspravljali napredak u razvoju modela ljudskog mozga. Strah od stručnjaka kako slijedi: vjerojatno u bliskoj budućnosti model će biti toliko napredni da će igrati ne samo strukturu nego i funkcija ljudskog mozga.

Je li moguće stvoriti „in vitro” komad živčanog tkiva, ima svijest? Znanstvenici znaju strukturu mozga životinja u velikoj detalj, ali nije pronađen do sada, kakva je struktura „Kodiranje” um i kako izmjeriti svoju prisutnost, kada je riječ o izoliranom mozga ili slično.

Mozak u akvariju

„Zamislite da ste se probudili u izoliranom spremniku za izolaciju - oko nema svjetla, nema zvuka, nema vanjski podražaji. Samo tvoja svijest, visi u praznini. "

Ova slika predstavlja sami stručnjaci na etiku, komentirajući izjavu iz Yale University neuroznanstvenik Nenada Sestao (Nenad Šestan), koji je njegov tim uspjeli u roku od 36 sati održati izolirana svinja mozak u „uživo” uvjet.

porukaIstraživači su održavali svinja mozak preživjeti izvan tijela uspješan eksperiment je napravljen na sastanku Odbora za etiku u National Institutes of Health na kraju ožujka ove godine. Prema znanstveniku, koristeći sustav pumpe s grijanom pod nazivom BrainEx i sintetičkih zamjena za krv, istraživači su podržani cirkulaciju tekućine i kisika na stotine životinja izoliranih mozak, pogubljen u klaonici u par sati prije eksperimentirati.

Sudeći po očuvanosti aktivnost milijardi pojedinačnih neurona, tijela ostao živ. Međutim, znanstvenici ne mogu reći da li sačuvanih svinjetina mozak, smještenih u „akvariju”, znakove svijesti. Nedostatak električne aktivnosti, dokazano standardna metoda pomoću elektroencefalogram, Sestao uvjeren da je „mozak ili ne brine ni o čemu.” Moguće je da je izolirani životinja mozak u stanju kome, koji osobito mogu doprinijeti pranje komponente njegove otopine.

Detalji autora ne otkrivaju eksperiment - oni se pripremaju publikaciju u znanstvenom časopisu. Ipak, čak iu siromašnim dijelovima Sestao prijaviti se pobudila veliko zanimanje i puno nagađanja o daljnjem razvoju tehnologije. Očigledno, očuvanje mozga nije tehnički puno teže nego bilo koji drugi očuvanju organa za transplantaciju, kao što su srce ili bubreg.

To znači da, teoretski, može biti pohranjeni u više ili manje prirodnog stanja i ljudskog mozga.

Izolirane mozak mogao biti dobar model, na primjer, za proučavanje lijekova: jer su postojeći regulatorna ograničenja odnose se na ljudska bića, a ne na pojedine organe. Međutim, s etičkog stajališta, postavlja puno pitanja. Čak je i pitanje moždane smrti i dalje je „siva zona” za istraživače - usprkos postojanju formalno medicinski kriteriji, postoji veći broj sličnih država iz koje je povratak u normalan život više moguće. Što možemo reći o situaciji, kada kažemo da je mozak još uvijek živ. Što ako izolirani od tijela mozak i dalje čuvati u sebi sve ili neke od znakova identiteta? Onda je moguće zamisliti situaciju opisao ranije u ovom članku.

Gdje se nalazi svijest

Unatoč činjenici da je do 80-ih godina XX stoljeća postojala među znanstvenicima zagovornika teorije dualizma koji odvaja dušu od tijela, u našem vremenu, pa i filozofa, posvećen proučavanju psihe, slažemo da sve ono što zovemo svijest generira materijalnom mozgu (povijest pitanje može se pročitati detaljnije, na primjer, u ovom poglavljuGdje je svijest: pozadina i istraživačke perspektive iz knjige dobitnika Nobelove nagrade Eric Kandel „U pretrage sjećanja”).

Osim toga, s današnjim tehnikama, kao što su magnetskom rezonancom znanstvenici mogu vidjeti ono što su vrsta područja mozga aktivira za vrijeme izvođenja specifičnih mentalno vježbe. Ipak, koncept svijesti kao cjelina je previše prolazna, a znanstvenici još uvijek nisu složili da li je skup procesa koji se odvijaju u mozgu, ili je kodiran ispuniti određene neuronske korelati.

To govori u svojoj knjizi, Kandel, u bolesnika s kirurškim odvojene polutke svijesti u mozgu, kao što su bili podijeljeni u dvije, od kojih svaki prima neovisan pogled na svijet.

Ovi i slični slučajevi neurokirurškog prakse pokazuju barem na činjenicu da nije potrebno postojanje svijesti integriteta mozga kao simetrične strukture. Neki znanstvenici, uključujući i otkrivač strukture DNK, Francis Crick, koji je na kraju života postao zainteresiran za neuroznanost, vjeruje se da je prisutnost svijesti određuje specifične strukture u mozgu.

Možda je to sigurno neuralne lanac, a može biti slučaj u prilog moždanih stanica - astrocitiTa osoba je, u usporedbi s drugim životinjama, to je prilično specijalizirano. U svakom slučaju, prije modeliranja strukture pojedinca ljudskog mozga in vitro ( "In vitro"), ili čak in vivo (Kao dio životinjskog mozga) znanstvenici su već postigli.

Probudite se u bioreaktoru

Nije poznato kako je prije u pitanju pokusa na cijelih mozak izvađen iz ljudskog tijela - prvih stručnjaka u neuroznanosti i etici moraju dogovoriti o pravilima igre. Ipak, u laboratorijima u Petrijeve zdjelice i bioreaktora već se uzgajajuUspon kultura trodimenzionalni ljudskog mozga „Mini-mozak” koji oponašaju strukturu „veliki” ljudskog mozga ili određenom odjelu.

Tijekom embrionalnog razvoja svojih organa formiraju prema određenim fazama određenih gena ugrađen u program po principu samoorganizacije. Nije iznimka i živčani sustav. Istraživači su otkrili da ako se kultura matičnih stanica pomoću određenih tvari za indukciju diferencijacije u živčanim stanicama tkiva, to dovodi do spontanih pregradnje u kulturi stanica, koji su slični onima koji se javljaju tijekom neuralne cijevi morfogeneze embrij.

„Default” izazvana na ovakav način matične stanice diferenciraju završiti u korteksu neurona mozak, a dodatkom vanjske molekula signalizacije u petrijevku mogu se proizvesti, na primjer, stanice srednji mozak, striatum ili leđne moždine. Ispalo je da je u čaši može se uzgajatiUnutarnji mehanizam corticogenesis iz embrionalnih matičnih stanica to kore, kao i u mozgu, koji se sastoji od nekoliko slojeva neurona i astrociti sadrži pomoćne tvari.

Jasno je da su dvodimenzionalne kulture vrlo su pojednostavljeni model. Načelo samoorganiziranja živčanog tkiva pomoglo znanstvenicima da brzo skočiti na trodimenzionalnim strukturama koje nazivamo organela Sferoidi i moždani. Na procesu organizacije tkiva mogu utjecati promjene u početnim uvjetima, kao što su početne gustoće kulture i heterogenost stanica i egzogenih čimbenika. Modulirati aktivnost pojedinih signalnih putova, čak možete postići formiranje organela naprednih struktura poput optičkog šalicu s mrežnice epitela, osjetljivMobitel raznolikost i mrežne dinamika u organoids fotoosjetljivi ljudskog mozga na svjetlo.

Koristeći posebne obrade žila i faktora rasta dozvoljeni su znanstvenici dobivaju usmjeravatiModeliranje ljudskog korteksa razvoj in vitro koristeći inducirane pluripotentne matične stanice humani moždani organoid odgovarajućih prednjem mozgu (kora) hemisferu, razvoj koji je, prema ekspresiji gena i markera odgovara prvom tromjesečju razvoja fetusa.

A znanstvenici sa Stanford vodio Serghiou påsk (Sergiu Pasca) razvijenFunkcionalni kortikalni neuroni i astrociti iz ljudskih pluripotentne matične stanice u 3D kulturi način da rastu kvržice koje simuliraju prednjem dijelu mozga direktno u Petrijevoj zdjelici. Veličina takvih „mozak” od oko četiri milimetra, ali nakon 9-10 mjeseci zrenja kortikalne neurone i astrociti odgovaraju u ovoj strukturiLjudski astrocitna Dozrijevanje Zarobljen u 3D cerebralnu kortikalnu kuglica izvedeni iz pluripotentne matične stanice postnatalna razina razvoja, odnosno stupanj razvoja djeteta odmah nakon rođenja.

Važnije, matične stanice se uzgajaju ove strukture može se uzeti u određenim osobama, kao što je pacijentima s genetski određenim bolesti živčanog sustava. Genetski inženjering uspjeh ukazuju na to da su znanstvenici će uskoro moći promatrati in vitro razvoj neandertalskog mozga ili denisovtsa.

U 2013, istraživači iz Instituta za molekularnu biotehnologiju austrijskog Academy of Sciences je objavio radCerebralna organoids model razvoja ljudskog mozga i mikrocefalijaOpisuje uzgajanje u bioreaktoru od dvije vrste matičnih stanica „mozak u malom” oponaša strukturu ljudskog mozga u cjelini.

Organela različite zone odgovaraju različitim dijelovima mozga: leđa, srednje i prednje i „prednjem mozgu”, čak je pokazao daljnju diferencijaciju u dionicama ( „polutki”). Ono što je bitno, u ovom mini-mozga, iznos koji je također više od nekoliko milimetara, istraživači promatraju znakove aktivnosti, posebno fluktuacije u koncentracijama kalcija u neuronima, koji ukazuju na njihove pobude (za detalje o ovom eksperimentu pročitane može ovdje).

Cilj znanstvenika bio je ne samo reproducirati evoluciju mozga in vitroAli i za proučavanje molekularne procese koji dovode do mikrocefalija - razvojne abnormalnosti koje se javljaju posebno tijekom infekcije embrija Žika virusa. Za ovaj rad autori podigao istu mini mozak pacijentovih stanica.

Unatoč impresivnim rezultatima, znanstvenici su bili uvjereni da su takvi organele ne mogu shvatiti ništa. Prvo, u tom mozgu sadrži oko 80 milijardi neurona, a njihovi organele narasla redova veličine manje. Dakle, mini mozak jednostavno nije fizički u mogućnosti u potpunosti obavljanje funkcije mozga.

Drugo, s obzirom na prirodu „in vitro” nekim svojim strukturama bili smješteni prilično kaotično i nepravilna oblika, a ne fiziološke veze jedni s drugima. Ako mini-moždani nešto i mislio da je očito nešto neobično za nas.

Kako bi se riješio problem interakcije između odjela, neuroznanstvenici su predložili da se modela mozga na novu razinu, koja je pod nazivom „assembloidy”. Za njihovo oblikovanje prvo uzgajane odvojeno organela odgovaraju različite dijelove mozga, a zatim su kondenzirani.

Ovaj pristup, znanstvenici su koristiliSkupština funkcionalno integrirani ljudskih prednjem mozgu kuglica za proučavanje kako se kora izgrađen tzv interneurons, koji se pojavljuju nakon formiranja većinu neurona migracije iz susjednih prednjem dijelu mozga. Assembloidy izveden iz dva tipa živčanog tkiva, pusti se ispitati povrede interneuron migracije u pacijenata s epilepsijom i autizma.

Probudite se u tuđe tijelo

Čak i sa svim poboljšanjima moguće „mozak in vitro” ozbiljno ograničiti tri osnovna uvjeta. Prvo, oni nemaju krvožilni sustav koji omogućuje isporuku kisika i hranjivih tvari u unutarnje strukture. Iz tog razloga, veličina mini mozak ograničeni na difuziju molekule kroz tkivo. Drugo, oni nemaju imunitet, pod uvjetom stanica mikroglije: normalne, ove stanice migriraju u središnjem živčanom sustavu izvana. Treće, u strukturi, povećanje u otopini, ne postoji specifičan mikrookoliša pruža tijelu, što ograničava broj signalnih molekula ulaska. Rješenje tih problema bio bi da se načini kimerno animalni model mozga.

U nedavnom radu in vivo Model funkcionalnih i vaskulariziranog organoids ljudskog mozga Američki znanstvenici iz Salk Institute vodio Fred Gage (Fred Gage) ga opisuje integraciju ljudske moždane organela (tj mini-mozga) u mozgu miša. Da bi se to postiglo, istraživači su najprije izgradili u DNK gena matičnih stanica zelenog fluorescentnog proteina u sudbini razvoju živčanog tkiva može se promatrati pod mikroskopom. Iz tih stanica su rasle 40 dana organela da nakon ugrađuju u šupljine u retrosplenialni korteks imunodeficijentni miš. Nakon tri mjeseca, 80 posto životinja uhvaćen na implantat.

Kimerna miševi mozgovi su analizirani za osam mjeseci. Utvrđeno je da su organele koje se mogu lako razlikuju po sjaju fluorescentnog proteina, uspješno integrirani, formirana opsežan krvnih žila, a aksoni odrasli i formirani sinapse s živčanih procesa magistarski mozak. Osim toga, od domaćina u implantata preselio mikroglija stanice. Na kraju, istraživači su potvrdili funkcionalnu aktivnost neurona - oni su pokazali oscilacije električne aktivnosti i kalcija. Dakle, ljudski „mini-mozak” u potpunosti postao dio mišjeg mozga.

Začudo, ponašanje eksperimentalnih miševa integracije komad ljudskog živčanog tkiva ne utječe. U testu za prostorno učenje himerni mozgu miša pokazala iste rezultate kao da je normalan miševa i razlikovali još gore memorije - istraživači objasnio činjenicom da su oni učinili za implantaciju rupu u kori hemisfere.

Ipak, cilj ovog rada nije bio uzimajući pametan miš s ljudske svijesti i stvaranje in vivo Model moždani organele osobe je opremljen s mrežom žila i mikro okolinu za različite biomedicinske primjene.

Pokus je bio potpuno drugačiji stavitiPrednji mozak primanje presatka ljudske glija ishodišne ​​stanice poboljšava sinaptičke plastičnosti i učenje kod odraslih miševa Znanstvenici iz Centra za translatorno neyromeditsiny sa Sveučilišta Rochester u 2013. Kao što je već spomenuto, pomoćne stanice koštane srži (astrocite) ljudska razlikuju od drugih stanica životinja, posebno miševa. Iz tog razloga, istraživači sugeriraju da astrociti imaju važnu ulogu u razvoju i održavanju funkcije ljudskog mozga. Za testiranje kako bi se razvila himerni miša s ljudskim astrociti mozga, znanstvenici su smješteni prethodnika dodatne stanice u mozgu mišjih zametaka.

Ispostavilo se da je u himcrna ljudskih astrociti mozga raditi tri puta brže od miša. Štoviše, himerni miševi s mozgom bili mnogo pametniji nego što je prosjek u mnogim aspektima. Misle brzo, bolje uvježbani i usmjerena u labirintu. Vjerojatno himerni miševi nisu misle kao ljudi, ali bi bili u mogućnosti da se osjećaju sljedeću fazu evolucije.

Ipak, za proučavanje ljudskog mozga glodavaca daleko od idealnog modela. Činjenica da ljudski živčani tkiva dospijeva prema nekom internom molekularne sat i prenijeti ga u drugi organizam ne ubrza proces. S obzirom da su miševi živjeli samo dvije godine, a ukupna formiranje ljudskog mozga traje nekoliko desetljeća, dugoročne procese u obliku kimernih mozga studija nemoguće. Možda budućnost neuroznanosti i dalje izvan ljudskog mozga u akvariju - saznati kako to je nemoralan, znanstvenici tek trebaju naučiti kako čitati misli, a moderna tehnologija, čini se, uskoro će to omogućiti učiniti.

vidi također

• 8 mislio eksperimente koji će vas misle →
• 4 pitanja za pomoć početak zanimljiv razgovor →
• Kako rasplesti misterije mozga i naučiti upravljati: 15 korisne knjige →