切断头条新闻:科学家真的越来越多的“Mini-brains”?

2019年神经科学,世界最大的大脑科学会议,就在一个月前完成。一些特别煽动性标题后,我们仔细看看是否声称新模型系统研究大脑可能产生感觉的一个罐子里有真理。

研究人员必须的一些遗憾,当他们第一次创建几年前,叫神经组织的三维球的诱惑“mini-brains”太强烈的抵制。

神经科学学会2019年会上,朗朗上口的,标题磁铁术语“mini-brain”非常的词汇。我们参加了在一次新闻发布会上,收集科学小组显然被鼓励去坚持一个新词:“大脑瀑样”。比“mini-brain”更抽象,当然不太可能功能在小报的封面。

作为一个会话引入瀑样的最新进展研究接近尾声,重塑似乎奏效了。没有质疑Futurama-style talking heads罐,或问题存在细胞的恐惧。到目前为止。但在会话结束时,争端上升,突显出一些真正的怀疑在该领域的研究人员,表明的主题意识,更不用说意识一个罐子里,远未解决。但在我们到达之前,让我们看看背后的科学的大脑瀑样。

前一天是全体已经非常顺利。一个真正优秀的演讲由哈佛干细胞研究所(HSCI)Paola Arlotta保健和细节的进入瀑样科学。

Arlotta开始她的演讲概述了为什么研究人员考虑三维neuro-balls(我的大脑瀑样应该被称为提交)放在第一位。研究大脑是很困难的。其复杂性是无与伦比的,身体的其他器官和人类倾向于对象如果您尝试删除他们的大脑仔细。

因此,生物医学研究人员主要集中在两种方法之一当试图模型的令人难以置信的错综复杂的大脑:

1. 使用动物模型。我们与动物分享我们的基因,我们的许多大脑结构不仅可以找到在灵长类动物模型,而且在小的啮齿动物。为什么不研究老鼠大脑和推断?这似乎是一个简单的解决方案,但引人注目的失败将发现使用动物转化为人体临床试验引起了许多研究人员寻找其他的解决方案。
   
   
2. 在一道菜使用大脑细胞。虽然我们可能难以保持整个大脑的活力,即使我们得到它的捐赠者的头,我们可以把样品的人类大脑细胞和生长在培养皿中。这种方法仍然是极度简化的;人类大脑的工作喜欢他们所做的,因为不仅仅是神经元,和大量的周围的生理学是至关重要的正常的大脑功能是迷失在这些模型。

显然,无论是路线是完美的,和团队就像Arlotta一直在寻求一种新的模式,有可能采取两全其美,把它们放在一个系统。大脑瀑样是为了是模型。很多工作已经使建立这样一个系统,包括巨大的步骤在我们研究大脑发展的工具。这需要处理的数据不仅仅是一个细胞类型,Arlotta解释说在她的演讲:

“没有个人亚型,孤立地发展。他们都共同发展,这是一个精心设计的舞蹈产生许多不同的细胞类型。这是我们一直想提供的复杂性——。所有细胞,基因,所有阶段,除了我们从来没有技术和方法允许我们这样做。”

忘记一罐的“大脑”。这张图片显示了大脑pea-size瀑样在10个月大的样子,生长在加州大学圣地亚哥分校Muotri实验室。信贷:Muotri实验室/ UCTV

“这改变了几年前,当我们发明了神奇的单细胞水平基因组学的方法,现在让我们序列数千,成百上千,成千上万的细胞从任何组织任何阶段任何生物。”Arlotta继续说。这一创新,与计算方法,允许研究者宽屏的大脑发育。

Arlotta的团队,捕获这个全球图片意味着很多细致的工作:“基本上,我们出发去净化和完善,在单个细胞水平,每一个细胞发展中躯体感觉皮质,在鼠标直到我们每天取样P1(产后第一天)当大多数的细胞已经生成。“结果是:美丽,基因表达的详细情节强调老鼠大脑的这个区域的发展。

根据这些信息,大脑如何瀑样的蓝图应该开发、Arlotta的团队可以继续创建瀑样。

这个过程的简单,甚至让Arlotta做一个先在的两倍。“我怀疑多年,但后来Yoshiki Sasai发表我认为是一个开创性的实验。基本上,显示的是如果你把一个3 d的胚胎干细胞和你文化一道菜,从外面没有任何新意,这些细胞能够自我组织…并接受self-morphogenesis产生这样一个视杯结构。“这杯视网膜和其他细胞的成熟的眼睛,响应光,甚至形成形态层像眼睛一样。Sasai的工作,与玛德琳的兰开斯特,形成了未来的蓝图瀑样工作。它是七年前出版的。这是一场以极快的速度前进。

因此,这是一个领域的媒体和公众的极大兴趣。回答问题在她的研究中,Arlotta加入加州大学旧金山分校的阿诺德·克里斯坦和迈克尔的长者从第二天Hussman孤独症研究所的小组讨论。

面板的要点如下:

• 大脑瀑样有大量的潜力
• 大脑瀑样可能是一个难以置信的神经学研究资源
• 大脑瀑样不成熟的大脑,缺乏发展皮质的许多特性,可能会限制他们的潜力

后者的观点,通过克里斯坦加以解决,似乎对这一领域的未来至关重要。他提出了结果从单细胞RNA-seq(作为一种分析遗传物质的技术细节)扫描瀑样和人类大脑组织。“细胞类型大致类似于正常发育的你找到组织,但问题是,我们的遗传分析表明他们缺乏特异性,好像他们识别有点困惑,”克里斯坦解释说。

脑组织与瀑样的图像清楚显示模型的复杂性降低大脑,用更少的细胞类型和不同的发展时间。克里斯坦表明瀑样细胞类型的细胞压力下似乎限制它们模仿的能力正常细胞(尽管当这些细胞被移植到老鼠的大脑,创建一个human-mouse嵌合体,压力似乎减少)。这既是一个问题瀑样的潜力作为大脑疾病的模型,对于任何声称他们可能以任何方式成为任何人类的方式。

Arlotta的数据表明瀑样能够保持在生物反应器中,活着长达四年之久。可以简化瀑样只是不够老了吗?“这不是一个成年人的大脑。甚至不是一个完整的年轻的大脑,很原始,还原。是有限度的,你能做什么在文化;他们只增长到一定规模,他们只让某些细胞,”Arlotta说。

这是一个横截面的大脑瀑样,显示的初始形成皮质板。每一种颜色标志着不同类型的脑细胞。信贷:Muotri实验室/ UCTV

面板似乎一致,那么,他们的瀑样,甚至几年的开发时间,不能够实现的复杂性可能会引发恐惧的感觉。但是一个令人惊讶的干预末会议强调了明确划分在这一点上,在更广泛的领域。

这一点没有来自媒体的一员,而是来自另一位研究员。这是Elan Ohayon位于圣地亚哥的绿色神经科学实验室的创始人(GNL)曾引用《卫报》前几天SfN的歌声从一个非常不同的hymnsheet面板。在那篇文章中,Ohayon说,“如果甚至还有瀑样的可能性是有感情的,我们可以越过这条线。我们不希望人们做研究有可能受到影响。”The GNL is also反对任何圈养动物实验。在新闻发布会上Ohayon声称,从面板响应面无表情,他为什么认为他们低估了风险的道德上可疑的从他们的研究结果。

Ohayon完成要求研究人员认为该领域是否应该搁置,直到更多的了解意识瀑样。长者,作为回应,强调缺乏细胞结构支持感觉所需的条件,但他切断了从Ohayon尖锐的反驳。“这是不正确的。实际上这是我的特长,”之前,他开始强调SfN职员试图让他坐下。远离麦克风,Ohayon总结道,“太棒了,你是朝着人性化研究,真正令人担忧的是这种走向妄想而不考虑知觉。你是低估了你要去的地方,它会很快到达那里。”

至少可以说,Ohayon似乎完全相左的看法与面板(绿色神经科学实验室没有立即回复记者的置评请求为了这次采访)。但是,如同在科学,也许是有真理存在于这两个不同的位置。

交谈后,加州大学圣地亚哥分校教授Alysson Muotri,使用大脑瀑样多年来在他的实验室里,我们开始发现证据的中点站。他解释说,他领导了一个小组讨论在伦理大脑瀑样,你可以看下面。由专家小组在神经科学和哲学。分歧始于意识的基本定义。Christof科赫,艾伦大脑研究所的首席科学家和总统表明大脑皮层单独可以充分的意识,而帕特里夏·Churchland名誉和加州大学圣地亚哥分校教授建议,其他地区,像一个需要脑干和丘脑。其他小组成员,Muotri告诉我,说:“你需要一个身体,大脑连接到身体,否则将没有意识来自于组织。“我们有一个讨论如何创建一个有意识的在一个罐子里,如果我们真的不知道首先是什么意识?

所以研究从这里哪里?Muotri是清楚的一件事是,他不认为科学应该停止在瀑样由于道德恐慌。“我不认为我们需要放慢速度的研究,”他说。“我认为我们只需要留意,这些开放的讨论,我认为是有益的。“把科学限制在这一点上,他说,”将是一个错误。我是,我们应该试着尽可能多的组织模型。如果我们有机会在培养皿中重现人类的大脑,我认为我们应该这样做,科学应该这样做,因为我们有可能帮助了这么多人。”

什么Muotri建议,停止研究,是一个更好的工作在更道德的方式进行研究,类似于科学家的目标进行动物研究。“我们不对待动物严重仅仅因为他们的研究。我们试图给他们一个好的生活方式。所以对于瀑样可能是完全相同的事情。我们只需要同意我们应该如何做。我的意思是,有什么条件,我们需要让他们活着吗?我们如何抛弃他们?我们应该使用多少的回答具体的科学问题?所以这些辩论,我们现在就可以开始。但我认为这是不公平的停止科学。”

所以瀑样的潜力,brains-in-a-dish或mini-brains,或者无论你想称呼它们,也许是不可否认的,但也是潜在的科学比计划快。可怕的标题并不能反映的是科学家们非常清楚这些事情。