一个由多电极阵列创建的活动地图显示了微型实验室的大脑是如何活动的(有颜色的部分)，有时是活跃的(黑色的部分)，有时是安静的(黑色的部分)。

 

根据一项新的研究，科学家们在实验室里创造了微型大脑，形成了复杂的网络，并产生了类似于人类早产婴儿大脑发育时产生的脑电波。

 

在实验室培育微型大脑的想法并不新鲜;研究人员这样做已经将近十年了。但大多数研究都使用了这些微型大脑或“类器官”来研究大型结构。

 

例如，之前有报道称，杏2系列一组研究人员开发出了可以生长血管的迷你大脑。另一组研究人员让小脑袋瓜接触寨卡病毒，以了解寨卡病毒是如何导致小头畸形的。

 

但在条件如自闭症,精神分裂症、双相情感障碍,甚至抑郁,“大脑是完整的问题依赖于网络的操作,“研究高级作者Alysson Muotri,副教授的细胞和分子医学和干细胞项目主任加州大学圣地亚哥。这是实验室培育的大脑首次形成复杂的神经元网络，产生强烈的脑电波。

 

为了做到这一点，Muotri和他的团队从人的皮肤和血液中提取了人类干细胞，这些干细胞可以根据正确的指令变异成任何类型的细胞。研究人员将这些干细胞暴露在化学指令下，这些化学指令会将这些细胞变成脑细胞。

 

在很大程度上，这些细胞形成了神经祖细胞，这是一种特定于大脑的细胞，能够增殖并产生多种类型的脑细胞。在实验室培养皿中培养两到五个月后，这些祖细胞会形成谷氨酸能神经元，即具有“兴奋性”的脑细胞，或传递信息的脑细胞。

 

大约四个月后，迷你大脑停止产生兴奋性神经元，开始产生星形胶质细胞。这些脑细胞帮助形成突触，即脑细胞之间传递信息的神经递质或大脑化学物质的间隙。最后，祖细胞开始产生抑制性神经元，抑制大脑活动，或阻止神经元传递信息。Muotri说，这时“活动开始变得更加复杂，因为现在我们正在平衡兴奋和抑制”。

 

Muotri说，在细胞分裂和分化的过程中，它们最终开始“自我组织，形成类似于人类皮层的东西”。皮层是大脑的外层，在意识中起着重要的作用。

 

事实上，“迷你大脑”并不像人类大脑的迷你版本。Muotri说，相反，它们是白色的球形小点，漂浮在它们生长的红汤中。它们的直径只有0.2英寸(0.5厘米)，但它们的神经网络持续进化了9到10个月才停止，他说。

 

在微型大脑的整个生长过程中，研究小组使用了一组连接神经元的微型电极来测量大脑活动。研究人员发现，在大约两个月的时候，迷你大脑中的神经元开始发出零星的信号，频率都是一样的。Muotri说，经过几个月的发展，大脑发出不同频率和更有规律的信号，表明大脑活动更加复杂。

 

Muotri说，以前的研究表明，实验室制造的迷你大脑可以产生脑细胞放电，但研究人员报告说，他们每分钟放电约3000次。然而，在这项研究中，神经元每分钟发射近30万次，“更接近人类大脑，”他说。

 

随后，研究小组使用了一种机器学习算法，将这些迷你婴儿的大脑活动与早产婴儿的大脑活动进行了比较。研究人员对他们的程序进行了训练，以了解39名6到9个半月大的早产儿的脑电波。

 

然后，科学家们将迷你大脑的脑电波模式输入到算法中，发现经过25周的迷你大脑发育后，它不再能够区分来自人类大脑的数据和来自实验室培养的大脑的数据。Muotri说:“这让人很困惑，他们的年龄是一样的。”这表明，迷你大脑和人类大脑的生长和发育是相似的。

 

这个研究显示“很好,你可以把这个可再生的实验系统,可以解决发展的过程,所以基本一个人”,托马斯·哈尔顿博士说,约翰霍普金斯大学的主任替代动物实验中心还致力于发展mini-brains在实验室里,但他并没有研究的一部分。