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【Brain】人造迷你大腦驚現(xiàn)腦電波,我們離人造生物還有多遠(yuǎn)?

 掃地僧一一 2019-09-13
  人腦是一個(gè)超級(jí)復(fù)雜的系統(tǒng),這些年來科學(xué)家們針對(duì)人腦的研究走得越來越遠(yuǎn)。一方面,人工智能開始取得突破性進(jìn)展,另一方面,人工培育大腦的方式也開始嶄露頭角。

實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的迷你大腦,產(chǎn)生了腦電波

據(jù)法新社報(bào)道,最新一期的國(guó)際干細(xì)胞研究頂級(jí)期刊《Cell Stem Cell》上刊登了一份驚人的研究報(bào)告。美國(guó)加州大學(xué)的研究人員稱,首次在利用干細(xì)胞技術(shù)實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的“迷你人造大腦”上觀測(cè)到了類似于早產(chǎn)兒的腦電波活動(dòng)。

據(jù)了解,這種由人類成體干細(xì)胞制作的“腦細(xì)胞集合體”又被稱為“迷你人造大腦”。通過將它們置于模擬大腦發(fā)育環(huán)境的培養(yǎng)物中,干細(xì)胞分化成不同類型的腦細(xì)胞,并組織成類似于發(fā)育中人腦的三維結(jié)構(gòu)。到目前為止,“迷你人造大腦”已經(jīng)問世有十多年時(shí)間了。這次是科學(xué)家首次在“迷你人造大腦”上成功開發(fā)出發(fā)達(dá)的功能性神經(jīng)細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)。

不過,研究人員目前尚不能斷定這種豌豆般大小的“人造大腦”是否因此而產(chǎn)生了意識(shí)活動(dòng)。

美國(guó)加州大學(xué)圣地亞哥分校的生物學(xué)家阿里森·穆特里(Alysson Muotri)及其團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了這次試驗(yàn),并把研究論文發(fā)在了8月29日發(fā)行的《Cell Stem Cell》上。

據(jù)報(bào)道,穆特里的研究團(tuán)隊(duì)大概花了2個(gè)月時(shí)間來檢測(cè)“迷你人造大腦”突然釋放出的腦電波。根據(jù)該論文顯示,這次取得的飛躍性進(jìn)步主要集中在兩個(gè)方面。

第一個(gè)進(jìn)步是改進(jìn)了干細(xì)胞的培養(yǎng)過程,優(yōu)化了包括培養(yǎng)基等的生產(chǎn)方法。

第二個(gè)進(jìn)步是,讓“迷你人造大腦”的神經(jīng)元有足夠的的時(shí)間進(jìn)行發(fā)育,就像子宮里嬰兒的大腦在不斷發(fā)育一樣。

對(duì)此,論文的通訊作者穆特里表示:“人類最早的神經(jīng)發(fā)育情況正在基因組編碼中。我們?cè)隗w外觀察到的神經(jīng)活動(dòng)水平是前所未有的,這離實(shí)際生成復(fù)雜神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的這些早期階段的模型又近了一步?!?/section>
這些腦電波信號(hào)最開始很稀疏,但是都以同樣的頻率發(fā)射。隨著“迷你人造大腦”的不斷成長(zhǎng),它會(huì)以不同的頻率發(fā)射腦電波,而且開始出現(xiàn)定期的信號(hào)。這表明“迷你人造大腦”進(jìn)一步發(fā)展了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

具有跟人類大腦類似的成長(zhǎng)軌跡?

為了比較早期發(fā)育過程中類器官的腦波模式和人腦的腦波模式,該團(tuán)隊(duì)訓(xùn)練了一種機(jī)器學(xué)習(xí)算法,記錄了39名6到9個(gè)半月大早產(chǎn)兒的腦電波。該算法能夠預(yù)測(cè)這些類器官在培養(yǎng)液中發(fā)育了多少周,這表明它們與人腦有著相似的成長(zhǎng)軌跡。
不過,關(guān)于新生兒究竟是在哪個(gè)發(fā)展階段才開始產(chǎn)生意識(shí)的、這個(gè)“意識(shí)”究竟該如何來定義,目前科學(xué)界還存在很大的爭(zhēng)議。根據(jù)2013年發(fā)布的一項(xiàng)有關(guān)“新生兒大腦活動(dòng)調(diào)查研究報(bào)告”顯示,新生兒大概是在出生5個(gè)月之后才會(huì)對(duì)它看到的臉進(jìn)行意識(shí)性的思考,這會(huì)成為它大腦里面的短期性“記憶”。
雖然具有跟人腦類似的成長(zhǎng)軌跡,但穆特里認(rèn)為:這些“迷你人造大腦”不太可能具有意識(shí)等精神活動(dòng),它們?nèi)匀皇且粋€(gè)非常初級(jí)的模型。他說:“這些類器官?zèng)]有我們?nèi)四X的其他部分和結(jié)構(gòu),所以這些腦電波與真實(shí)大腦中的活動(dòng)可能沒有任何關(guān)系?!?/section>
據(jù)報(bào)道,未來,該團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是進(jìn)一步改善這些“迷你人造大腦”,并利用它們來了解與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)功能障礙相關(guān)的疾病,比如一些大腦疾病。

我們需要培育人腦嗎?

  從理論上而言,人體干細(xì)胞能夠分化培育成任何組織和器官,人腦也不例外。現(xiàn)在的問題是,我們需要培育人腦嗎?為什么要培育人類大腦?

  問題是不管對(duì)于誰而言,培育的大腦的很多功能要發(fā)揮出來,必須通過神經(jīng)系統(tǒng)和身體的其他器官相連接,這個(gè)和手、腳等其他人體部件并不一樣。在現(xiàn)階段,如果一個(gè)人的部分腦區(qū)壞了,無法更換培育的腦組織代替其原來的功能。因此,培育的大腦只能算作大腦類器官。但這并不是說這樣的研究就沒有什么價(jià)值。

  這次取得這一重大成果的研究團(tuán)隊(duì)希望這個(gè)大腦能夠幫助科學(xué)家更深層次的去了解大腦結(jié)構(gòu)及功能,增進(jìn)對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)疾病的了解。據(jù)英國(guó)《衛(wèi)報(bào)》網(wǎng)站8月19日?qǐng)?bào)道,盡管這個(gè)類似5周大胎兒大腦的微型大腦沒有意識(shí),但對(duì)希望研究發(fā)育性疾病發(fā)展過程的科學(xué)家而言,它可能具有潛在用處,因?yàn)榘柎暮DY和帕金森癥等疾病這些疾病所影響的大腦區(qū)域在大腦發(fā)育初期就已出現(xiàn),另外它還可用于測(cè)試治療阿爾茨海默癥和帕金森癥等疾病的藥物。

  在參與人腦培育研究的一些科學(xué)家看來,這種培育的人腦進(jìn)行這些藥物的測(cè)試可能比在老鼠身上更有價(jià)值。

  科學(xué)家們預(yù)計(jì),這一技術(shù)今后還可以用于研究精神分裂癥、孤獨(dú)癥、抑郁癥等影響全球數(shù)以百萬計(jì)人的疾病。“在實(shí)驗(yàn)室研究方面,這些疾病都是可以用培育的大腦進(jìn)行嘗試的。

  但人腦培養(yǎng)的研究注定是一條荊棘叢生的道路。雖然人類大腦形成始于一些結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的組織,卻能迅速發(fā)育成自然界已知最為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)之一,其中具體過程對(duì)科學(xué)界而言仍屬未知。中科院神經(jīng)科學(xué)研究所科研管理處的王錢福表示,目前人類對(duì)人腦還知之有限,就培育人腦而言,由于其只有得到身體各個(gè)部位的響應(yīng)才能發(fā)揮功能,因此前進(jìn)的技術(shù)難題非常大。就現(xiàn)有的技術(shù)條件來看,培育和人類大腦完全一樣的人腦并不現(xiàn)實(shí)。

培育人腦將會(huì)遭遇倫理門檻

  從干細(xì)胞領(lǐng)域來看,人類已能夠在實(shí)驗(yàn)室中借助干細(xì)胞來培植肝臟、心臟等人體組織。這些年來,其他各種人造器官的發(fā)展也是日新月異,比如人造皮膚、人造血管、人造耳朵、人造心臟、人造腎臟……等等。但一個(gè)人造大腦的培植與移植并不在討論之列。由于涉及到人類的意識(shí)和思維,培育人腦要復(fù)雜得多。

  王錢福表示,科學(xué)家們培育出來的人腦,也許和我們這些由生殖而來的人腦相比完全是另外一回事兒。因?yàn)檫@種人造之物,盡管看起來與真正人腦細(xì)胞的早期形態(tài)很相似,但還是與自然造物有著本質(zhì)區(qū)別。

  不少神經(jīng)科學(xué)家認(rèn)為,盡管人造腦細(xì)胞每一個(gè)部分都已按照真正腦細(xì)胞的組合方式聚集,但是可能僅僅只是物理的聚集而已,并不是發(fā)生反應(yīng)的聚合。

  我們這樣來打個(gè)比方或許就要好理解得多。你的家里有一輛汽車,所有的零配件都在,只是裝備有些反常,比如你將發(fā)動(dòng)機(jī)裝在車頂上或者后備箱中,這并不妨礙你向別人介紹這輛車如何進(jìn)行運(yùn)動(dòng),但是這樣的車,重要部件發(fā)動(dòng)機(jī)放錯(cuò)了位置,沒有和整個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置連接,自然永遠(yuǎn)都無法運(yùn)動(dòng)的,除非你將發(fā)動(dòng)機(jī)安放到它們恰當(dāng)?shù)奈恢???茖W(xué)家們培育的人腦可能也是這樣,其零部件可能并不在它們正確的位置上。

  現(xiàn)在一些研究人員能夠培育的也只是人腦的形態(tài),其功能怎么樣還沒有進(jìn)行全面的測(cè)試。事實(shí)上,很多人腦的功能可能無法通過單純培育人腦組織就能發(fā)揮出來。

  這些年來,人類胚胎干細(xì)胞因?yàn)閭惱矸矫娴膯栴},其研究一直保守責(zé)難和批評(píng),其研究也受到一些嚴(yán)格的限制,但是皮膚細(xì)胞等體細(xì)胞則要寬松得多,也正是因?yàn)槿绱耍审w細(xì)胞分化成的干細(xì)胞培育人體組織器官的研究如果野草一樣在世界各國(guó)瘋長(zhǎng),并多有研究成果問世。

  不過阿南德強(qiáng)調(diào),他們培育的這個(gè)大腦沒有意識(shí),也不會(huì)思考,理由是他們不向這個(gè)大腦輸入任何感官刺激,這個(gè)大腦不以任何方式進(jìn)行思考。因此相關(guān)研究不存在任何道德問題。

  克諾布利希也表示,他們培育“迷你人腦”的目的不是“制造完整的人腦”,而是分析人類大腦組織發(fā)育過程,創(chuàng)造可用于研究一些疾病發(fā)病機(jī)制的生物模型。出于倫理上的顧慮,克諾布利希說,他不希望看到,也不打算培育更大的人類大腦。只是他無法約束其他科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)。

  專家表示,當(dāng)前人工培育的大腦距離知覺、意識(shí)、或者對(duì)外界做出反應(yīng)還有很長(zhǎng)一段距離,因此倒是不必過于擔(dān)憂倫理問題。雖然未來會(huì)讓人感到憂慮和不安,但現(xiàn)在還只是初級(jí)階段。目前各個(gè)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)人工培育的大腦不能思考,也沒有高級(jí)認(rèn)知能力。
據(jù)報(bào)道,未來,該團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是進(jìn)一步改善這些“迷你人造大腦”,并利用它們來了解與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)功能障礙相關(guān)的疾病,比如一些大腦疾病。穆特里說:“作為一名科學(xué)家,我希望能夠越來越接近人類大腦。因?yàn)檫@樣做,我可以幫助患有神經(jīng)疾病的人,給他們更好的治療和生活質(zhì)量。但這要由我們來決定極限在哪里,可能是技術(shù)還沒有準(zhǔn)備好,或是我們不知道如何控制技術(shù)。這與圍繞基因編輯嬰兒的討論是一樣的,這就是為什么我們要有倫理委員會(huì)來代表社會(huì)各個(gè)方面對(duì)我們的研究進(jìn)行審查。


來源:墨玫人工智能,國(guó)智清創(chuàng)雄安機(jī)器人研究院(ID:xionganir)推薦閱讀,不代表國(guó)智清創(chuàng)雄安機(jī)器人研究院立場(chǎng),轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明,如涉及作品版權(quán)問題,請(qǐng)聯(lián)系我們刪除或做相關(guān)處理!

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