Мини-«искусственный» мозг производит мозговые волны, подобные человеческим

Научный журнал Nature.comсообщает об интересном эксперименте. Мини-мозг, выращенный в культуральной пластине, впервые спонтанно произвел человеческие мозговые волны, и характер их электрической активности кажется похожим на те, что наблюдаются у недоношенных детей. Этот прогресс может помочь ученым изучать ранние стадии развития мозга. Исследования в этой области были медленными, отчасти потому, что трудно получить образцы тканей плода для анализа и практически невозможно исследовать плод в утробе матери. Многие исследователи ожидают многого от этих «органоидов», которые при выращивании в виде трехмерных культур могут развить некоторые из сложных структур, наблюдаемых в мозге. Но эта технология также поднимает вопросы об этике создания миниатюрных органов, способных развивать сознание.

В этом участке органоида мозга более зрелые нейроны коры можно увидеть на внешнем крае структуры. Группа исследователей во главе с Алиссон Муотри, нейробиологом из Калифорнийского университета в Сан-Диего, заставила человеческие стволовые клетки сформировать ткань коры головного мозга, области мозга, которая контролирует познание и интерпретирует сенсорную информацию. Исследователи культивировали сотни органоидов мозга в течение десяти месяцев и протестировали отдельные клетки, чтобы подтвердить, что они экспрессируют тот же набор генов, который наблюдается в типичном развитии человеческого мозга. Группа представила свою работу на конференции Общества неврологии, прошедшей в этом месяце в Сан-Диего. Ученые постоянно регистрировали паттерны электрической активности, электроэнцефалограмму (ЭЭГ), вдоль поверхности мини-мозга. Через шесть месяцев органоиды начали активироваться с большей скоростью, чем другие ранее созданные органоиды мозга.

В зрелых мозгах нейроны образуют синхронизированные сети, которые активируются с предсказуемыми ритмами. Но органоиды проявляли нерегулярные электроэнцефалографические картины, которые напоминали хаотические взрывы синхронной электрической активности, возникающие во время развития мозга. Когда исследователи сравнили эти ритмы с ЭЭГ недоношенных детей, они обнаружили, что модели органоидов имитируют модели детей, родившихся после недельного зачатия 25-39.

Говорят, что органоиды далеки от истинного человеческого мозга, говорит Муотри. Они не содержат всех типов клеток, обнаруженных в коре, и схемы не соединяются с другими областями мозга.

Но теперь его группа работает над тем, чтобы вырастить органоиды дольше и посмотреть, будут ли они продолжать созревать. Исследователи также хотят исследовать, функционируют ли эти структуры как нормальная кора, связывая их с органоидами, которые имитируют другие части мозга или тела.

«Это действительно захватывающе и очень удивительно, - говорит Хунджун Сон, нейробиолог из Пенсильванского университета в Филадельфии. Хотя работа предварительная, добавляет он, сходство с записями ЭЭГ недоношенных детей позволяет предположить, что органоиды могут быть полезны для изучения нарушений развития мозга, таких как эпилепсия или аутизм.

Песня также считает, что изучение того, как след ЭЭГ происходит в органоиде, может помочь исследователям понять, как возникают ЭЭГ-ритмы в развивающемся человеческом мозге.

Но не все согласны. Как раз потому, что мозговые волны органоидов напоминают мозговые волны недоношенных детей, это не значит, что они делают то же самое, говорит Сампша Ванхатало, нейрофизиолог из Хельсинского университета, который разработал базу данных ЭЭГ детей, используемую Муотри для сравнения с измерения, полученные от органоидов.

И доказать, что это так, будет сложно, поскольку исследователи очень мало знают о том, как детский мозг «устроен», - говорит Арнольд Кригштейн, невролог из Калифорнийского университета в Сан-Франциско. Он добавляет, что органоиды могут не иметь ключевых компонентов, которые определяют паттерны ЭЭГ в реальном мозге.

Но проект поднимает этические вопросы о том, могут ли органоиды развивать сознание, - говорит нейробиолог Кристоф Кох, президент и научный директор Института исследований мозга Аллена в Сиэтле, штат Вашингтон. «Чем ближе они подходят к недоношенному ребенку, тем больше им приходится волноваться».

Но Кох признает, что может быть трудно узнать, когда органоид сознателен, потому что исследователи даже не согласны с тем, как можно измерить сознание у взрослых или когда оно появляется у новорожденных.

Муотри говорит, что если бы были доказательства того, что органоиды стали самосознательными, он бы подумал о прекращении проекта; но сейчас они очень примитивны. «На данном этапе мы находимся в очень серой зоне, и я не думаю, что у кого-то есть четкое представление о потенциале этого исследования».

источник: https://www.nature.com/articles/d41586-018-07402-0

 

Мини-«искусственный» мозг производит мозговые волны, подобные человеческим