Kot raziskovalci preučevanje človeške možgane ločeno od telesa
Oblikovanje / / December 19, 2019
Narava revija objavilaEtika preizkušanje tkivu človeških možganov robin 17 vodilnih nevroznanstveniki, kjer znanstveniki razpravljali na napredek pri razvoju modelov človeških možganov. Strahovi strokovnjakov so naslednji: verjetno v bližnji prihodnosti bo model je tako napredna, da bi se igrajo ne samo zgradbo, ampak tudi delovanje možganov ljudi.
Ali je mogoče ustvariti "in vitro" kos živčnega tkiva, je zavest? Znanstveniki vedo, strukturo možganov živali v zelo podrobno, vendar ni našel do sedaj, kakšno strukturo "Kodiranje" um in kako meriti svojo prisotnost, ko gre za izolirano možganih ali podobno.
Možgani v akvariju
"Predstavljajte si, da ste se zbudili v izolirani posodi izolacije - okoli ni svetlobe, brez zvoka, brez zunanjih dražljajev. Samo vaša zavest, ki visi v praznini. "
Ta slika sami predstavljajo strokovnjaki za etiko, komentiral izjavo iz Yale University nevroznanstvenik Nenad Sestao (Nenad Sestan), da je njegova ekipa ni uspela v 36 urah, da se ohrani izoliran prašičje možgane v "živo" pogoj.
sporočiloRaziskovalci so vodenje prašičjih možganov živi zunaj telesa uspešen poskus je bil izveden na seji odbora za etiko National Institutes of Health konec marca letos. Po znanstvenik s pomočjo črpalni sistem z ogrevano naslovom BrainEx in sintetični nadomestek za kri, podprto raziskovalci kroženje tekočine in kisika na stotine živali izolirane možganov, usmrčen v klavnici, v nekaj urah, preden poskus.
Sodeč po ohranjenosti dejavnosti milijard posameznih nevronov, organi ostal živ. Vendar pa znanstveniki ne more reči, ali ohranjenih svinjine možganov, dani v "akvariju", znakov zavesti. Odsotnost električne aktivnosti, dokazano standardna metoda z uporabo Elektroencefalogram, Sestao prepričan, da "se možgani niti ne skrbi o ničemer." Možno je, da izolirana žival možganov v stanju komo ki bi zlasti prispeval k pomivanje dele svojega raztopine.
Podrobnosti avtorjev ne razkrivajo poskus - da se pripravlja objavo v znanstveni reviji. Kljub temu pa tudi v revnih delih Sestao poroča je vzbudila veliko zanimanje in veliko špekulacij o nadaljnjem razvoju tehnologije. Očitno je ohranjanje možganov tehnično ni veliko težje kot katera koli druga ohranitvi organov za presaditev, kot so srce in ledvice.
To pomeni, da je teoretično mogoče, shranjenih v bolj ali manj naravnem stanju in človeških možganov.
Izolirane možgani bi lahko bil dober model, na primer, za študij drog: ker obstoječe regulativne omejitve veljajo za ljudi, in ne na posameznih organov. Vendar pa je z etičnega vidika se postavlja veliko vprašanj. Tudi vprašanje možganske smrti ostaja "sivo območje" za raziskovalce - kljub formalni medicinski kriteriji, obstaja več podobnih držav, iz katerih vrnitev v normalno življenje več mogoče. Kaj lahko rečemo o situaciji, ko smo rekli, da so možgani še vedno živ. Kaj pa, če je izolirana iz telesa možgani še vedno hranijo v sebi vse ali nekatere od znakov identitete? Potem je mogoče predstavljati položaj prej opisana v tem članku.
Kje je zavest
Kljub temu, da je do 80-ih XX stoletja obstajala med znanstveniki zagovorniki teorije dualizma, ki ločuje dušo iz telesa, v našem času, celo filozofi, posvečen študiju psihe, se strinjamo, da je vse, kar imenujemo zavest, ki jih ustvari materialne možgane (lahko zgodovina izdaje berejo podrobneje, na primer, V tem poglavjuKje je zavest: ozadje in raziskovalne perspektive iz knjige Nobelov nagrajenec Eric Kandel "V iskalno spomina").
Poleg tega je z današnjimi tehnikami, kot so funkcionalno magnetno resonanco, znanstveniki vidim, da tisto, kar so nekako predelih možganov aktivira med izvajanjem posebne duševne vaje. Kljub temu je koncept zavesti kot celota je tudi kratkotrajne, in znanstveniki še vedno niso dogovorili, ali je niz postopkov, ki se pojavljajo v možganih, ali pa je kodiran izpolnjevati določene nevronske korelati.
To pove, v svoji knjigi, Kandel, pri bolnikih s kirurško ločenih polobli možganov zavesti, saj so ga razdelili na dva dela, od katerih vsak prejme neodvisen pogled na svet.
Ti in podobni primeri nevrokirurške praksi kažejo vsaj dejstvo, da je obstoj zavesti o integriteti možganov kot simetrično strukturo ne zahteva. Nekateri strokovnjaki, vključno s odkritelja strukture DNA, Francis Crick, ki je ob koncu življenja postal zanima nevroznanosti, je verjel, da je prisotnost zavesti določi posebne strukture v možganih.
Mogoče je nekatere nevronske verige, in lahko se zgodi v podporo možganskih celic - astrocitiTo je oseba, v primerjavi z drugimi živalmi, je zelo specializirana. Kakorkoli že, pred modeliranja možganskih struktur posameznika človekovih vitro ( »In vitro«), ali celo vivo (Kot del živalskega možganov) Znanstveniki so že dosegle.
Zbudite se v bioreaktorju
Ni znano, kako hitro gre za poskuse na celih možganov, pridobljenih iz človeškega telesa - prvih strokovnjakov v nevroznanosti in etike se morata dogovoriti o pravilih igre. Kljub temu pa v laboratorijih v petrijevke in bioreaktorji so že zraslaVzpon možganskih kultur tridimenzionalni človekovih "Mini-možgani«, ki posnemajo struktura "big" človeških možganov ali posebnega oddelka.
Med embrionalni razvoj njenih organov se oblikujejo po določenih stopnjah določenih genov, vključenih v program, v skladu z načelom samoorganizacije. Ni nobena izjema in živčni sistem. Raziskovalci so ugotovili, da če kultura matičnih celic z uporabo nekaterih snovi za indukcijo diferenciacije v živčnih celicah tkiva, to vodi do spontane prerazporeditve v celični kulturi, ki so podobni tistim, ki se pojavijo med nevralne cevi morfogenezo zarodkov.
"Default" inducirane na ta način matične celice diferencirajo končajo v možganski skorji nevronov možganov, vendar z dodatkom zunanjih signalnih molekul v petrijevko lahko pripravimo, na primer celicami srednjih možganov, striatum ali hrbtenjače. Izkazalo se je, da se v skodelico lahko gojiBistveni mehanizem corticogenesis iz embrionalnih matičnih celic To lubje, pa tudi v možganih, ki sestoji iz več plasti nevronov in astrocitov vsebujejo pomožne snovi.
Jasno je, da so dvodimenzionalne kulture zelo poenostavljena modela. Načelo samoorganizacije živčnega tkiva je pomagalo znanstvenikom, da hitro skočite na tridimenzionalnih struktur, imenovanih organele sferoidi in možganska. Na procesu organizacije tkiva lahko vplivajo spremembe v začetnih pogojev, kot začetno gostoto kulture in heterogenosti celic in zunanjih dejavnikov. Modulacije aktivnosti nekaterih signalnih poti, lahko celo dosegli nastanek organelov naprednih struktur, kot so vidni skodelico z mrežnice epitela, odzivnaCell raznolikost in omrežja dinamika v možganskih organoids fotosenzitivni človekovih na svetlobo.
S posebno obdelavo plovil in rastne faktorje dovoljene znanstveniki prejeli smernoModeliranje skorje razvoj človeških vitro z uporabo induciranih pluripotentnih matičnih celic humane možganske organoidno ustreznega forebrain (polobel) lubje, razvojem, ki glede na ekspresijo genov in markerjev ustreza razvoju zarodka v prvih treh mesecih.
A znanstveniki iz Stanforda vodil Serghiou PASK (Sergiu Pasca) razvilFunkcionalne skorje nevronov in astrocitov iz človeških pluripotentnih matičnih celic v 3D kulturi način za rast grudic, ki simulirajo forebrain neposredno v petrijevki. Velikost takšnih "možganov", približno 4 mm, vendar pa po 9-10 mesecih zorenja kortikalne nevronov in astrocitov ustrezajo v tej strukturiHuman astrocit Zorenje Ujet v 3D cerebralno skorje zrnc, ki izhajajo iz pluripotentnih matičnih celic poporodni raven razvoja, in sicer na raven razvoja otroka takoj po rojstvu.
Pomembno je, da lahko izvorne celice za rast te strukture je treba sprejeti na določene posameznike, kot so bolniki z genetsko določene bolezni živčnega sistema. Genetski inženiring uspeh kažejo, da bodo znanstveniki kmalu lahko opazujejo vitro razvoj neandertalskega možganov ali denisovtsa.
Leta 2013 so raziskovalci z Inštituta za molekularno biotehnologijo avstrijske akademije znanosti objavila dokumentCerebralno organoids model razvoja človeških možganov in mikrocefalijaOpisujoč gojenje v bioreaktorju obeh vrst izvornih celic, "možgani v malem", posnemajo strukturo človeških možganov kot celote.
Organelov različne cone ustrezajo različnih delih možganov: zadnji, srednji in sprednji strani in "forebrain" celo pokazala nadaljnjo diferenciacijo v delnice ( "polobla"). Kaj je pomembno, v tej mini-možgane, je znesek, ki je prav tako več kot le nekaj milimetrov, so raziskovalci opazili znake aktivnosti, zlasti nihanja koncentracije kalcija v nevronih, ki kažejo njihovo vzbujanja (za podrobnosti tega preizkusa bralno lahko tukaj).
Cilj znanstvenikov je bil ne le reproducira razvoj možganov vitroAmpak tudi za študij molekularnih procesov, ki vodijo do mikrocefalija - razvojnih nepravilnosti, ki se pojavljajo predvsem v času okužbe z virusom zarodkov Zika. V tem delu so avtorji postavljeno enako mini možgane bolnikovih celic.
Kljub impresivne rezultate, so raziskovalci prepričani, da takšni organele ne morejo uresničiti ničesar. Prvič, v tem možganih vsebuje približno 80 milijard nevronov in njihove organele zrasel za redov velikosti manjši. Tako je mini-možgani preprosto niso fizično sposoben v celoti opravljati funkcije možganov.
Drugič, zaradi narave "in vitro" nekaterih svojih struktur so se nahajala precej kaotično in nepravilnih oblik, ki niso fiziološke povezave s seboj. Če na mini-možgansko nekaj in mislil, da je očitno nekaj, kar nenavadno, da nas.
Da bi rešili problem interakcije med oddelki, so nevroznanstveniki predlagala, da modela možganov na novo raven, ki je bil imenovan "assembloidy". Za njihovo postavitev najprej goji ločeno organele ustrezajo ločenih delih možganov, potem sta kondenzirana.
Ta pristop so uporabili znanstvenikiSkupščina funkcionalno integriranih človekovih forebrain zrnc za študijo, kako je skorja zgrajen tako imenovane internevronov, ki se pojavijo po nastanku večino nevronov, ki ga migracij iz sosednjih forebrain. Assembloidy izhaja iz dveh vrst živčnega tkiva, pustimo, da prouči kršitve interneuron migracije pri bolnikih z epilepsijo in avtizmom.
Zbudite se v telesu nekoga drugega
Tudi z vsemi izboljšavami mogoče "možgani in vitro" močno omejena s tremi temeljnimi pogoji. Prvič, nimajo žilni sistem, ki omogoča dobavo kisika in hranilnih snovi do notranjih struktur. Iz tega razloga se velikost mini možgani omejeni na difuzije molekul skozi tkivo. Drugič, nimajo imunski sistem, ki jih mikroglialnih celic: normalno, te celice migrirajo v centralni živčni sistem od zunaj. Tretjič, v strukturi, narašča v raztopini, ni posebne mikrookolje, ki jih telo, ki omejuje število signalnih molekul vstopanje. Rešitev teh težav bi bilo ustvariti himerno živalski model možgane.
V nedavnem delu vivo model funkcionalnih in prekrvavljena možganskih organoids človekovih Ameriški znanstveniki iz Salk inštitutu vodil Fred Gage (Fred Gage), ki ga opisujejo integracijo človeške možganske organelov (tj mini možganov) v možganih miške. Da bi to dosegli, so raziskovalci prvič vgrajena v DNK gena matičnih celic zeleni fluorescentni protein z usodo v razvoju živčnega tkiva je mogoče opaziti z mikroskopom. Iz teh celic so zrasla za 40 dni organele, ki po vsadi v votlino v retrosplenial korteks imunsko miške. Po treh mesecih, 80 odstotkov živali, ujetih na vsadek.
Himere miši možgani so analizirali osem mesecev. Ugotovljeno je bilo, da organele, ki jih je mogoče zlahka ločiti z soju fluorescenčni protein uspešno integrirana, tvori obsežen vaskularno aksoni rasla in oblikovane sinapse s živcev magistrski možgani. Poleg tega je iz gostitelja v vsadek premakne mikroglialnih celice. Končno so raziskovalci potrdili funkcionalno aktivnost nevronov - so kazale električno aktivnost in kalcija nihanja. Tako je človek "mini-možgani" popolnoma postala del možganov miške.
Presenetljivo je, da se obnašanje eksperimentalnega povezovanja miši živčnega tkiva del človeškega ne vpliva. V testu za prostorsko učenje himerno miške možganov pokazala enake rezultate kot pri normalnih miših, in razlikovala še slabši spomin - raziskovalci to mogoče pojasniti z dejstvom, da so storili za implantacijo luknjo v lubje hemisferi.
Kljub temu pa je cilj tega dela ni bilo vedno pametno miško s človeško zavestjo in oblikovanje vivo model cerebralne organelov osebe, ki je opremljena z mrežo plovil in mikrookolja za različne biomedicinske aplikacije.
Poskus je bil povsem drugačen dalPredmožganskih vsaditev s človeškimi glialnih matičnih celic povečuje sinaptične plastičnosti in učenja v odraslih miših Znanstveniki iz Centra za translacijskih neyromeditsiny University of Rochester v letu 2013. Kot je bilo že omenjeno, pomožni mozga (astrocite) Človeški razlikujejo od drugih živalskih celic, zlasti miši. Zaradi tega so raziskovalci kažejo, da astrociti igrajo pomembno vlogo pri razvoju in vzdrževanju funkcij človeških možganov. Test, kako bi razvili kimerni miško s človeških možganov astrocitov, so znanstveniki postavi predhodniki pribora celice v možganih zarodkov miško.
Izkazalo se je, da je v himernih možganskih astrocitov človekovih delo trikrat hitreje kot z miško. Poleg tega so bili himerno miši z možgani veliko pametnejši od povprečja v mnogih pogledih. Mislijo, hitro, bolje usposobljeni in usmerjena v labirintu. Verjetno himere miši niso mislili tako kot ljudje, vendar bi bili sposobni čutiti naslednjo stopnjo evolucije.
Kljub temu, za preučevanje možganov glodalcev človekovih daleč od modela idealnega. Dejstvo, da je človeški živčno tkivo zori po nekaterih notranjih molekularno uro, in ga prenesemo v drug organizem ne pospeši proces. Glede na to, da so miši živel le dve leti, in skupno oblikovanje človeških možganov traja nekaj desetletij, vse dolgoročne procese v obliki študije himerno možganov nemogoče. Morda je prihodnost nevroznanosti vedno zunaj človeških možganov v akvariju - da bi ugotovili, kako je neetično, znanstveniki šele potreba, da se naučijo brati misli in sodobne tehnologije, se zdi, bo kmalu dovolil storiti.
glej tudi
- 8 mislil poskusov, ki bodo menite →
- 4 vprašanja za pomoč začetek zanimiv pogovor →
- Kako razvozlati skrivnosti možganov in se ga naučiti upravljati: 15 koristne knjige →