大脑开大相关研究

人造大脑有脑电波吗?

来源:www.jint.cn 2020-03-02 作者:精英特

现代科学研究表明,人脑中以特定频率发生的动作电位被称为神经振荡,或称脑电波。其中至少有四个重要的波段:α波、β波、θ波、δ波,这些不同频率的脑电波与人的不同的精神状态有关,例如,α波能使人感到放松、注意力集中,精英特速读记忆训练的背景音乐就以巴洛克音乐导出a波,让训练者以最轻松的状态掌握速读记忆。

脑电波也与不同疾病有关联,所以,人造大脑(类脑器官)要想成为科学家需要的疾病模型,就必须能够产生脑电波或其他电活动。
 
类脑器官于2013年首次被提出,这些“迷你大脑”仅有豌豆大小,却能够重现关键的脑功能,因此被用来模拟和研究遗传疾病、主要精神疾病、阿兹海默症等神经退行性疾病,甚至人类演化。
 
但是,类脑器官要想成为科学家需要的疾病模型,就必须能够产生脑电波或其他电活动,现在,一篇最近发表的文章发现迷你大脑确实可以产生脑电波。
 
由克莱伯·特鲁希略(Cleber Trujillo)领导,包括艾里森·穆奥特里(Alysson Muotri)在内的研究团队记录到了类脑器官在10个月内产生的电活动。其他的类脑器官研究一般只关注前几个月中的类器官发育,因为迷你大脑仅两个月就长出了清晰的轮廓结构并停止生长,而这项新研究表明,类脑器官的培育时间越久,它们的细胞组成就越复杂,神经元的电活动也越复杂。
 
特鲁希略及其同事发现在第4个月时,类器官出现了类似于我们人脑睡眠时产生的缓慢脑电波。甚至当它们形成一定结构并停止长大后,细胞类型的组成仍在变化,且细胞多样性随时间不断增长,这些细胞改变很有可能与脑电波模式的改变相关。
 
为检验这些成熟的类脑器官能在多大程度上模拟人脑,研究者将类脑器官产生的电波与早产儿的脑电图(EGG)进行了对比。他们使用早产儿的脑波数据训练机器学习算法,再将其应用到类脑器官上。

他们发现某些特定的大脑功能,例如自发活动转变(形成更复杂神经连接必不可少的大脑活动爆发),在早产儿大脑中和在类脑器官中非常相似,且培养越久的类脑组织越接近。换句话说,在成长10个月后,类脑器官开始出现与胎儿大脑相近的电活动。
 
这是首次拥有了不仅能够在结构和细胞组成上,还能在某些大脑功能上模拟胎儿大脑的类脑器官。但这带来了复杂的伦理问题,也质疑了人们能否在类脑器官研究上再向前走,在不久的将来,也许人们能在实验室中创造出意识,一些哲学家和科学家对此表示担忧。
 
庆幸的是微扰复杂性指数(简称PCI,是一项可以成为在类器官研究中防止科学家跨过道德和伦理红线的工具)的出现,解决了科学家和哲学家们担心的科学进步带来的伦理和道德问题。虽然PCI尚未在人类中得到彻底验证,但已被提议作为一种测试昏迷和无意识患者大脑活动的方法。

通过使用一些相对无害的方法,如经颅磁刺激(一种用磁线圈刺激脑的方法),医生和科学家可以暂时中断大脑的正常活动,并测量其恢复的速度,这可以提供一些关于病人或类脑器官意识程度的线索。
 
可以说,类器官研究的进展是令人兴奋的,相比其他针对疾病机制的研究,它打开了治疗阿兹海默症、帕金森症和精神分裂症等我们仍感棘手的人类神经疾病的大门。

不过,类器官领域有些特殊,需要不同专家的投入,以确保我们释放这些微型器官的全部潜力时合乎伦理规范且认真负责,以期帮助全世界的患者。


本文相关文章推荐
热门文章推荐