كما الباحثون دراسة الدماغ البشري بمعزل عن الجسم
تشكيل / / December 19, 2019
الطبيعة مجلة نشرتأخلاقيات تجريب أنسجة الدماغ البشري روبن 17 رواد علم الأعصاب، حيث ناقش العلماء التقدم في تطوير نماذج الدماغ البشري. مخاوف الخبراء هي كما يلي: على الأرجح في المستقبل القريب نموذج ستكون متقدمة جدا أنها سوف تلعب ليس فقط بنية ولكن أيضا وظائف الدماغ البشري.
هل من الممكن لخلق "في المختبر" قطعة من النسيج العصبي، لديها وعي؟ العلماء لا يعرفون على بنية الدماغ من الحيوانات بقدر كبير من التفصيل، ولكن لم يتم العثور حتى الآن، أي نوع من هيكل "شفر" العقل وكيفية قياس وجودها عندما يتعلق الأمر إلى الدماغ معزولة أو ما شابه ذلك.
الدماغ في الحوض
"تخيل أنك استيقظت في خزان العزلة معزولة - حول عدم وجود ضوء، لا صوت، لا مؤثرات الخارجية. فقط وعيه الخاص بك، معلقة في الفراغ ".
هذه الصورة تمثل أنفسهم خبراء في الأخلاق، تعليقا على بيان صادر عن جامعة ييل الأعصاب نيناد سيستاو (نيناد Sestan) أن فريقه نجح في غضون 36 ساعة للحفاظ على خنزير الدماغ معزولة في "العيش" الشرط.
رسالةالباحثون وحفظ العقول خنزير على قيد الحياة خارج الجسم وقدم تجربة ناجحة في اجتماع لجنة الأخلاقيات من المعاهد الوطنية للصحة في نهاية مارس من هذا العام. وفقا للعالم، وذلك باستخدام نظام مضخة مع ساخنة بعنوان BrainEx وبديل اصطناعي للدم، دعم الباحثين تداول السائل والاوكسجين الى المئات من الحيوانات عزل الدماغ، نفذ فيهم حكم الاعدام في مسلخ في بضع ساعات قبل التجربة.
اذا حكمنا من خلال النشاط المحافظة على المليارات من الخلايا العصبية الفردية، ظلت الهيئات على قيد الحياة. ومع ذلك، يمكن للعلماء ان كان العقل المدبر لحوم الخنزير الحفاظ عليها، وضعت في "الحوض"، علامات على وعيه. غياب النشاط الكهربائي، طريقة موحدة ثبت باستخدام الكهربائي، أقنع سيستاو أن "الدماغ إما غير قلق حول أي شيء." ومن الممكن أن المخ الحيواني معزولة في حالة غيبوبة، والتي، على وجه الخصوص، يمكن أن تسهم في غسل مكونات حلها.
تفاصيل الكتاب لا تكشف عن التجربة - انهم يستعدون منشور في مجلة علمية. ومع ذلك، وحتى في المناطق الفقيرة تقرير سيستاو أنه أثار اهتماما كبيرا والكثير من التكهنات حول مزيد من تطوير التكنولوجيا. على ما يبدو، والحفاظ على الدماغ ليس من الناحية الفنية أكثر صعوبة من أي الحفاظ على جهاز آخر لزراعة الأعضاء، مثل القلب أو الكلى.
وهذا يعني أنه، من الناحية النظرية، ويمكن تخزينها في حالة أكثر أو أقل طبيعية والدماغ البشري.
العقول معزولة يمكن أن يكون نموذجا جيدا، على سبيل المثال، لدراسة الأدوية: لأن القيود التنظيمية القائمة تنطبق على البشر، وليس على الأجهزة الفردية. ومع ذلك، من وجهة النظر الأخلاقية للرأي، وهذا يثير الكثير من الأسئلة. حتى مسألة الموت الدماغي لا تزال "منطقة رمادية" للباحثين - على الرغم من وجود رسمي معايير الطبية، وهناك عدد من الدول المماثلة من خلالها العودة إلى الحياة الطبيعية أكثر ممكن. ماذا يمكن أن نقول عن هذا الوضع، عندما نقول أن الدماغ لا يزال على قيد الحياة. ماذا لو معزولة عن الجسم يستمر الدماغ أن تبقى في حد ذاته كل أو بعض من علامات الهوية؟ ثم أنه من الممكن أن نتصور الوضع وصفها سابقا في هذه المقالة.
أين يكمن الوعي
وعلى الرغم من أن ما يصل إلى 80 المنشأ من القرن العشرين كانت موجودة بين العلماء المؤيدين للنظرية الثنائية التي تفصل الروح عن الجسد، في عصرنا، الفلاسفة حتى، المكرسة لدراسة نفسية، ونحن نتفق على أن يتم إنشاء كل ما نسميه الوعي من قبل الدماغ المادي (تاريخ القضية يمكن قراءتها في مزيد من التفاصيل، على سبيل المثال، في هذا الفصلأين هو الوعي: الخلفية ووجهات النظر البحوث من كتاب الحائز على جائزة نوبل إريك كاندل "البحث عن الذاكرة").
وعلاوة على ذلك، مع تقنيات اليوم، مثل التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي، والعلماء يمكن أن نرى إلى أي نوع من مناطق الدماغ تنشط أثناء تنفيذ محددة العقلية يمارس. ومع ذلك، فإن مفهوم الوعي ككل هو سريع الزوال أيضا، والعلماء لا تزال لم اتفق سواء كانت عبارة عن مجموعة من العمليات التي تحدث في الدماغ، أو يتم ترميز عليه قاء معينة يرتبط العصبية.
وهو يروي في كتابه، قنديل، في المرضى الذين يعانون من نصفي الكرة الأرضية فصل جراحيا للوعي الدماغ، حيث تم تقسيمه إلى قسمين، كل منها يتلقى رأي مستقل في العالم.
هذه الحالات وغيرها من الممارسات جراحة الأعصاب تشير على الأقل إلى حقيقة أن وجود وعي سلامة الدماغ كهيكل متناظرة غير مطلوب. بعض العلماء، بما في ذلك اكتشاف بنية الحمض النووي، وفرانسيس كريك، الذي أصبح مهتم في علم الأعصاب في نهاية الحياة، وأنه يعتقد أن وجود وعي يتم تحديدها من قبل الهياكل محددة في الدماغ.
ربما يكون بعض سلسلة العصبية، ويمكن أن يكون هذا هو الحال في دعم خلايا الدماغ - الخلايا النجميةبأن شخصا ما قد مقارنة مع غيرها من الحيوانات، وهي متخصصة جدا. على أي حال، قبل النمذجة هياكل الدماغ الفردية الإنسان في المختبر ( "في المختبر")، أو حتى في الجسم الحي (كجزء من الدماغ الحيواني) قد وصلت بالفعل العلماء.
تستيقظ في مفاعل حيوي
ومن غير المعروف متى يتعلق الأمر التجارب على أدمغة كلها المستخرجة من جسم الإنسان - المتخصصين الأول في علم الأعصاب والأخلاق يجب أن نتفق على قواعد اللعبة. ومع ذلك، في مختبرات في أطباق بتري والمفاعلات الحيوية يجري بالفعل نمتصعود الثقافات الدماغ ثلاثي الأبعاد البشرية "ميني الدماغ" التي تحاكي هيكل "كبيرة" في الدماغ البشرية أو إدارة محددة.
أثناء التطور الجنيني أجهزتها تتشكل وفقا لمراحل معينة من جينات معينة جزءا لا يتجزأ من البرنامج وفقا لمبدأ التنظيم الذاتي. ليست استثناء والجهاز العصبي. ووجد الباحثون أنه إذا كان ثقافة الخلايا الجذعية باستخدام مواد معينة للحث على التمايز إلى خلايا عصبية الأنسجة، وهذا يؤدي إلى إعادة ترتيب عفوية في زراعة الخلايا، مماثلة لتلك التي تحدث أثناء التشكل الأنبوب العصبي جنين.
"الافتراضي" الناجم بهذه الطريقة الخلايا الجذعية تفرق في نهاية المطاف في الخلايا العصبية القشرة الدماغ، ولكن بإضافة جزيئات الإشارات الخارجية في طبق بتري يمكن أن تكون على استعداد، على سبيل المثال، خلايا الدماغ المتوسط، المخطط أو الحبل الشوكي. واتضح أن في الكأس يمكن زراعتهاآلية الجوهرية للcorticogenesis من الخلايا الجذعية الجنينية هذا النباح، وكذلك في الدماغ، ويتألف من عدة طبقات من الخلايا العصبية والخلايا النجمية التي تحتوي على المساعدين.
ومن الواضح أن الثقافات ثنائية الأبعاد ومبسطة للغاية نموذج. وقد ساعد مبدأ التنظيم الذاتي من النسيج العصبي العلماء للقفز بسرعة إلى هياكل ثلاثية الأبعاد تسمى العضيات الكروية والشلل. على عملية تنظيم الأنسجة يمكن أن تتأثر بالتغيرات التي تطرأ على الظروف الأولية، مثل كثافة الأولية للثقافة وتجانس الخلايا، والعوامل الخارجية. تحوير نشاط بعض مسارات الإشارات، يمكنك حتى تحقيق تشكيل الهياكل المتطورة عضية مثل الكأس البصرية مع ظهارة الشبكية، استجابةالتنوع خلية وشبكة ديناميكية في organoids الدماغ حساس الإنسان للضوء.
باستخدام عوامل سفينة تجهيز والنمو خاصة العلماء يسمح يتلقى إتجاهينمذجة التطور القشرية الإنسان في المختبر استخدام الخلايا الجذعية المحفزة التي يسببها الإنسان الشلل عضي المقابلة الدماغ الأمامي (الكرة الأرضية) اللحاء، وتطوير والتي، وفقا لتعبير عن الجينات وعلامات يتوافق مع الأشهر الثلاثة الأولى نمو الجنين.
وأدى علماء من جامعة ستانفورد Serghiou باسك (سيرجيو Pasca) وضعتالعصبونات القشرية الوظيفية والخلايا النجمية من الخلايا الجذعية المحفزة الإنسان في الثقافة 3D طريقة لتنمو كتل التي تحاكي الدماغ الأمامي مباشرة في طبق بيتري. حجم هذه "العقل المدبر" لحوالي 4 ملم، ولكن بعد 9-10 شهرا من النضج العصبونات القشرية والخلايا النجمية تتوافق في هذا الهيكلالإنسان نجمية نضوج الملتقطة في 3D الشلل القشرية الأجسام الشبه الكروية المستمدة من الخلايا الجذعية متعددة القدرات مستوى التطور بعد الولادة، أي في مستوى تطور الطفل بعد ولادته فورا.
الأهم من ذلك، فإن الخلايا الجذعية لنمو هذه الهياكل التي يمكن اتخاذها في أفراد معينين، مثل المرضى الذين يعانون من أمراض محددة وراثيا في الجهاز العصبي. A النجاح الهندسة الوراثية تشير إلى أن العلماء سوف تكون قادرة قريبا على مراقبة في المختبر تطور الدماغ البدائي أو denisovtsa.
في عام 2013، والباحثين من معهد التكنولوجيا الحيوية الجزيئية التابع لأكاديمية العلوم النمساوية نشرت ورقةالشلل organoids نموذج التنمية البشرية الدماغ وصغر الرأسوصف زراعة في مفاعل حيوي من هذين النوعين من الخلايا الجذعية، "الدماغ في مصغرة"، تقليد بنية الدماغ البشري ككل.
عضية مناطق مختلفة تتوافق مع أجزاء مختلفة من الدماغ: الظهر، والوسط، والجبهة و "الدماغ الأمامي" حتى أظهر التمايز مزيد إلى أسهم ( "نصف الكرة الأرضية"). ، لاحظ الباحثون علامات النشاط ما هو المهم، في هذا الدماغ مصغرة، والمبلغ الذي هو أيضا لا يزيد عن بضعة ملليمترات، ولا سيما التقلبات في تركيز الكالسيوم داخل الخلايا العصبية، التي تدل على الإثارة الخاصة بهم (للاطلاع على تفاصيل هذه التجربة قراءة علبة هنا).
وكان الهدف من العلماء ليس فقط لإعادة إنتاج تطور الدماغ في المختبرولكن أيضا لدراسة العمليات الجزيئية التي تؤدي إلى صغر الرأس - تشوهات النمو، والتي تحدث بشكل خاص أثناء إصابة الجنين زيكا الفيروس. لهذا العمل أثار الكتاب نفسه صغير في الدماغ من خلايا المريض.
وعلى الرغم من نتائج باهرة والباحثين وكانت على ثقة من أن هذه العضيات غير قادرة على تحقيق أي شيء. أولا، في هذا الدماغ يحتوي على حوالي 80 مليار خلية عصبية، والعضيات التي نمت من حيث الحجم أصغر. وهكذا، فإن الدماغ مصغرة ببساطة ليس جسديا قادرة على أداء تاما وظائف الدماغ.
ثانيا، ويرجع ذلك إلى طبيعة "في المختبر" وتقع بعض هياكلها الفوضى جدا وغير منتظمة الشكل، اتصالات غير الفسيولوجية مع بعضها البعض. إذا كان شيء صغير في الدماغ ويعتقد أنه كان من الواضح شيئا غير عادي بالنسبة لنا.
من أجل حل مشكلة التفاعل بين الإدارات، وقد اقترح علماء الأعصاب إلى الدماغ نموذجي على مستوى جديد، والذي كان اسمه "assembloidy". لتشكيلهم نمت لأول مرة على حدة العضيات المقابلة لأجزاء منفصلة من الدماغ، ومن ثم تنصهر فيها.
هذا النهج، وقد استخدم العلماءجمعية الكروية الإنسان الدماغ الأمامي متكاملة وظيفيا لدراسة كيف بنيت القشرة ما يسمى interneurons، والتي تظهر بعد تشكيل الجزء الأكبر من الخلايا العصبية الهجرة من الدماغ الأمامي المجاورة. المستمدة Assembloidy من نوعين من الأنسجة العصبية، سمح لدراسة الانتهاكات للهجرة عصبون في المرضى الذين يعانون من الصرع ومرض التوحد.
تستيقظ في الجسم لشخص آخر
حتى مع كل التحسينات ممكن "الدماغ في المختبر" محدودة للغاية من قبل ثلاثة شروط أساسية. أولا، لم يكن لديهم نظام الأوعية الدموية التي تسمح إيصال الأوكسجين والمواد المغذية إلى الهياكل الداخلية. لهذا السبب، فإن حجم مصغرة العقول تقتصر على نشر الجزيئات من خلال الأنسجة. ثانيا، ليس لديهم جهاز المناعة، وقدمت من قبل خلايا دبقية: عادي، وهذه الخلايا تهاجر إلى الجهاز العصبي المركزي من الخارج. ثالثا، في الهيكل، وزيادة في الحل، لا يوجد المكروية محددة المقدمة من قبل الهيئة، مما يحد من عدد من الجزيئات مما يشير دخوله. والحل لهذه المشاكل تتمثل في إنشاء نموذج حيواني خيالية الدماغ.
في الأعمال الأخيرةل في الجسم الحي نموذج من organoids الدماغ البشري الوظيفي وأوعية دموية قاد علماء أمريكيون من معهد سالك فريد غيج (فريد غيج) فهو يصف التكامل بين عضية الدماغية الإنسان (أي صغيرة في الدماغ) في مخ الفأر. من أجل القيام بذلك، الباحثين بنيت لأول مرة في الحمض النووي للخلية الجذعية الجين ببروتين أخضر لمصير النسيج العصبي النامية يمكن ملاحظتها تحت المجهر. من هذه الخلايا كانت تزرع لمدة 40 يوما العضيات أنه بعد زرعها في تجويف في قشرة خلف الطحال الماوس العوز المناعي. بعد ثلاثة أشهر، اشتعلت 80 في المئة من الحيوانات على الزرع.
وقد تم تحليل أدمغة الفئران خيالية لمدة ثمانية أشهر. وقد تبين أن العضيات، والتي يمكن تمييزها بسهولة عن طريق وهج بروتين فلوري، بنجاح المتكاملة، شكلت الأوعية الدموية واسعة النطاق، نمت المحاور وشكلت نقاط الاشتباك العصبي مع العمليات العصبية الدماغ الماجستير. وبالإضافة إلى ذلك، من المضيف في زرع انتقلت خلايا دبقية صغيرة. وأخيرا، أكد الباحثون النشاط الوظيفي للخلايا العصبية - أنها أظهرت وجود نشاط والكالسيوم تقلبات الكهربائية. وهكذا، فإن الإنسان "مصغرة الدماغ" أصبح تماما جزء من مخ الفأر.
والمثير للدهشة، لا يتأثر سلوك التكامل فئران التجارب من قطعة النسيج العصبي البشري. في اختبار التعلم المكاني الماوس خيالية الدماغ أظهرت نفس النتائج كما ان من الفئران العادية، و تختلف الذاكرة أسوأ - أوضح الباحثون أن هذا من حقيقة أن ما قاموا به لغرس ثقب في لحاء نصفي الكرة الأرضية.
ومع ذلك، فإن الهدف من هذا العمل لم يكن الحصول على الماوس ذكية مع الوعي البشري وخلق في الجسم الحي تم تجهيز نموذج من شخص العضيات الدماغية مع شبكة من الأوعية والمكروية لمختلف التطبيقات الطبية الحيوية.
كانت تجربة من نوع مختلف تماما من وضعengraftment الدماغ الأمامي من الخلايا الدبقية السلف الإنسان يعزز اللدونة متشابك والتعلم في فئران بالغة علماء من مركز بالحركة neyromeditsiny جامعة روشستر في عام 2013. وكما ذكر سابقا، وخلايا نخاع المساعدة (النجمية) الإنسان تختلف عن الخلايا الحيوانية الأخرى، في الفئران معين. لهذا السبب، يرى الباحثون أن الخلايا النجمية تلعب دورا هاما في تطوير وصيانة وظائف الدماغ البشري. لاختبار كيفية وضع الماوس خيالية مع الخلايا النجمية الدماغ البشري، وضعت علماء السلف الخلايا التبعي في الدماغ من أجنة الفئران.
واتضح أن في الخلايا النجمية الدماغ البشري خيالية العمل ثلاث مرات أسرع من الماوس. وعلاوة على ذلك، كانت الفئران خيالية مع الدماغ كثيرا أكثر ذكاء من المتوسط في كثير من النواحي. انهم يعتقدون بسرعة وتدريبهم وركز في متاهات أفضل. ربما الفئران خيالية لم يفكر مثل الناس، ولكن ربما كان قادرا على الشعور المرحلة المقبلة من التطور.
ومع ذلك، من أجل دراسة القوارض الدماغ البشري بعيدا عن النموذج المثالي. حقيقة أن الأنسجة العصبية الإنسان نضوج وفقا لبعض الساعة الجزيئية الداخلية، وتحويلها إلى كائن آخر لا تسريع هذه العملية. وبالنظر إلى أن الفئران عاشت لمدة سنتين فقط، وتشكيل الكلي للدماغ الإنسان يأخذ بضعة عقود من الزمان، أي عمليات على المدى الطويل في شكل دراسة خيالية الدماغ مستحيلة. ربما في المستقبل من علم الأعصاب لا يزال وراء العقول البشرية في أحواض السمك - لمعرفة كيف أنه من غير الأخلاقي، والعلماء تحتاج فقط لتعلم القراءة العقول، والتكنولوجيا الحديثة، على ما يبدو، سيسمح لها قريبا القيام به.
انظر أيضا
- 8 يعتقد التجارب التي من شأنها أن تجعلك تفكر →
- 4 أسئلة إلى مساعدة تبدأ محادثة مثيرة للاهتمام →
- كيفية كشف أسرار المخ، وتعلم كيفية التعامل معه: 15 الكتب المفيدة →