将人脑植入大鼠脑中

研究人脑是目前最大的科学挑战之一。想要理解人脑内部如何运作，我们需要研究神经元的发育、连接和相互作用。但这不仅在实践上困难重重，还面临着许多伦理的问题。

人类大脑如此难以探索，给试图破解一些可能是人类特有的疾病，比如孤独症和精神分裂症，带来了难题。一些专家认为，相比于其他医学分支，精神病学领域的研究进展显得相对缓慢。

近日，一种不涉及从人脑中提取组织的方法，似乎有望成为解决这些问题的途径。科学家将人类脑细胞移植到了年幼大鼠的大脑中，这些细胞在那里生长并形成连接。研究已发表在《自然》上。

创造类器官

大约 15 年前，生物学家发现，人类干细胞可以自我组织，并生长成一些小球，它们包含了不同类型的细胞，和脑组织很像。这类被称为类器官（organoid）的微小结构，为了解脑细胞的活动打开了一扇窗口。这项新研究就是建立在该团队先前创造大脑类器官的研究基础之上的。

为了制造大脑类器官，科学家将人类皮肤细胞转化为干细胞，然后诱导它们成为几种类型的脑细胞。这些细胞随后增殖，形成类似大脑皮质的类器官。大脑皮质是人类大脑的最外层，它在记忆、思考、学习、推理和情感等方面都起着关键作用。

接着，研究人员将这些类器官移植到仅有 2 至 3 天大的幼鼠体内，在这个阶段的幼鼠大脑内，连接仍在形成。被植入的类器官会不断成长，最终占据大鼠脑半球的约三分之一。类器官的神经元与大脑中的回路形成了工作连接。

在实验室培养皿中的类器官内生长的人类神经元（左上），它的大小和复杂性只有移植到大鼠脑的类器官（右）的一小部分。（图／ Pa ca Lab, Stanford University）

通过这些实验操作，研究人员发现人类细胞被整合进入了回路中，换句话说，它们并没有改变幼鼠的大脑回路，而是成了其回路的一部分。

他们发现植入的细胞在新环境中并不会完全模拟人类的脑组织，比如它们并没有形成人类大脑皮质中那种多层结构。不过也没有像周围的大鼠神经元那样，形成大鼠躯体感觉皮质特有的桶状柱。但是，单个植入的神经元的确保留了许多正常人类的电和结构特征。

实验室中大鼠脑的横截图展示了移植到它体内的人脑类器官（左）的广泛生长。新的研究表明，人类组织不仅可以生长，而且会与大鼠脑的神经元形成工作连接。（图／ Pa ca Lab, Stanford University）

其实，人类神经元先前也曾被移植到啮齿动物身上，但一般都是成年动物，通常是小鼠。这项新实验是第一次将这些类器官植入早期大鼠大脑，创造了有史以来最先进的由人类皮肤细胞构建的人类大脑回路系统，并证明了植入的人类神经元可以影响动物的行为。

实际应用

为了研究这种方法的实际应用，科学家将类器官移植到大鼠大脑的两侧：一侧由健康人类的细胞生成，另一侧则由蒂莫西综合征患者的细胞生成，这种疾病是一种与心脏问题和孤独症谱系障碍有关的罕见遗传疾病。

过了大约 5 到 6 个月后，他们看到了与神经元活动相关的疾病影响。两侧的电活动出现了差异，蒂莫西综合征患者的神经元要小得多，并且没有长出那么多的延伸部分来接收附近神经元的输入。

研究人员表示，如果他们用孤独症或精神分裂症等疾病患者的细胞所生长的类器官进行同样的实验，就有可能了解到这些疾病如何影响大脑的新情况。

伦理关注

但与此同时，这种在动物身上进行的实验也引发了伦理关注。

研究人员表示，他们的团队其实关注到了大鼠的福祉，以及当类器官在它们体内生长的同时，它们是否仍然表现正常。

尽管如此，团队仍然认为，这类实验不应该在灵长类动物身上尝试。伦理学家还想知道，脑中的类器官在未来是否可能出现类似人类的意识。但专家表示，目前这种可能性极低。

脑类器官还可以用来测试神经精神障碍的新疗法。还有一些科学家正在研究动物体外的人脑类器官。

比如，有研究介绍了他们如何在实验室中，利用干细胞培育出类似大脑的组织，然后绘制出不同脑区的细胞类型和调控发育的基因。一些人正在使用这些结构来研究孤独症。