试管中的大脑 04.06.2015

我们可以借助功能性磁共振成像 (fMRI) 了解大脑内部正在发生的事情——它可以让您看到神经组织某些部分的活动，并将这种活动与特定任务的表现进行相当准确的比较。 但是，如果我们不深入到细胞水平、神经元和神经元间接触——突触、辅助神经胶质细胞的水平，我们将无法了解大脑的一切，它们不仅滋养神经元，而且干扰随着神经化学信号的传导。 并且应该记住，有许多神经变体。 例如，如果我们仔细检查大脑皮层，我们会发现其中有六层，不同类型神经元的比例各不相同。 要了解更高的认知功能是如何在分子细胞水平上实现的（即皮层参与其中），我们需要了解其层级之间的结构和关系的细微之处。

当然，可以对啮齿动物和灵长类动物的大脑进行研究。 此外，通常在细胞培养中研究神经元的相互作用：细胞生活在一些实验室容器底部的营养培养基中，神经科学家监测它们的突触强度如何响应某些刺激而变化。 因此，可以得出一些关于精神分裂症、自闭症和其他认知障碍的原因的结论——毕竟，在这种疾病的情况下，受到侵犯的是神经结构，即神经元之间的相互联系。 但是一层平坦的细胞培养物仍然不是有六层的树皮。 另一种方法是分析从死者身上采集的样本。 不用说，在这里人们必须始终记住细胞结构的死后变化，并且不可能研究此类样本中的信号传导。 理想情况下，我们希望拥有一个 XNUMXD 细胞模型，它可以完全重建大脑结构的一个或另一个元素，如果不是整个大脑的话。 斯坦福大学研究人员的实验使我们更接近这一理想。

当然，这件事并非没有干细胞——塞尔吉乌·帕斯卡（Sergiu Pasca）和他的同事们从人体皮肤中接受了诱导干细胞，然后将它们转化为神经元。 现在这几乎是一个标准程序：分化的细胞被迫“记住他们的青春”，那时它们是干细胞，除了分裂什么都做不了。 但是它们可以变成任何其他细胞类型，您只需要使用分子信号引导它们沿着正确的路径前进。 起初，一切都照常进行：人工干细胞在培养皿中生长平缓。 但随后它们被从底部分离并移植到一个特殊的新“居住地”，在那里它们不再牢固地附着在墙壁或底部。 在几个小时内，细胞结合成微球，并在其中继续分裂。 在这里，它们开始变成神经组织细胞。

七周后，根据分子和其他特征，80% 的细胞变得与神经细胞相似。 此外，7% 没有变成神经元，而是变成了胶质星形胶质细胞，它们支持和滋养神经元，保护它们免受血液中有害物质的渗透，并调节神经元活动。 到目前为止，不可能从相同的干细胞材料中同时培养神经元和支持它们的细胞，你必须使用从不同干细胞系获得的第三方星形胶质细胞，这意味着两者在基因上是不同的——而在大脑中，所有细胞都携带相同的基因。 现在，显然，这个困难将消失。

但是当他们分析细胞复合物（它们被称为皮质球体）的结构时，最重要的事情变得清晰了——结果证明它们的结构与大脑皮层的结构相似。 此外，80% 的神经元对外部刺激有反应，86% 的神经元表现出自发活动并相互形成神经链，相互传递信号。 换言之，可以获得相当合理的大脑皮层三维模型。