文/记者 李鹏

　　人脑是一个超级复杂的系统，这些年来科学家们针对人脑的研究走得越来越远。一方面，人工智能开始取得突破性进展，另一方面，人工培育大脑的方式也开始崭露头角。

　　最近，美国俄亥俄州立大学的科学家在实验室首次培育出一个结构近乎完整的人类大脑。这就是说不通过生育的方式，科学家们也可以培育出人类大脑了。

　　这个新培育的大脑只有铅笔头上的橡皮擦那么大，发育程度与一个5周大胎儿的大脑相当，在一个模拟子宫环境的培育装置中生长了12周。但培育更成熟的大脑要更为复杂一些，必须需要再造血管网络，而该研究团队尚无这种能力。

　　参与该项研究的俄亥俄州立大学研究人员勒内·阿南德表示，他们先将成人的皮肤细胞转化成干细胞，再去培育成大脑。

　　体细胞人造大脑

　　研究人员称，新培育出的这种微型大脑几乎具备了所有人脑的细胞类型，通过高分辨成像观察培育出的大脑模型发现，它具有功能神经元、轴突、树突、星形胶质细胞、少突胶质细胞和小胶质细胞;同时激活了大脑中具有典型兴奋和抑制功能的细胞的标记。它看上去就像是处于发育中的人脑。

　　阿南德及其同事声称，他们再造了大脑各类细胞和基因的99%，这个大脑是迄今培育出的最完整的人类大脑标本。

　　浙江科学家、美国威斯康星大学助理俞君英对此表示，从皮肤细胞获得的干细胞也称“万能细胞”，这种“万能细胞”拥有类似胚胎干细胞能分化成体内任何组织的潜能。因此，其分化成多种脑组织也就不令人奇怪了。

　　不过在实质上，这个人造大脑还不能称之为真正意义上的人类大脑，因为其只是具备了人脑的形态，还没有证据表明其已经具备了人脑的功能。因此，将其叫做“大脑类器官”也许更为合适一些。

　　阿南德是在美国佛罗里达州劳德代尔堡举行的一个军队医疗系统研讨会上公布这一研究结果的，同行认为，由于作者为了申请专利，隐藏了研究的一些数据，所以目前还无法评判其研究质量。

　　不过阿南德团队的想法是，他们可以利用人工心脏帮助这个大脑进一步发育。他们认为，如果让模型发育16-20周，可能会完成缺失的1%基因的发育。但是这些都还不确定。这个大脑接下来将会如何演化发展呢?目前外界并不了解。但不管怎么说，这个研究团队在培育人脑方面走出了具有跨越性的一步。

　　据悉，阿南德教授此前一直致力于研究尼古丁受体与中枢神经系统疾病之间的关系，在多次遭遇在啮齿动物中研究孤独症药物的失败后，他开始转向人类神经生物学模型的研究。通过干细胞工程手段，4年后，他建立了人类大脑的“复制品”。

　　阿南德是前不久在美国佛罗里达州劳德代尔堡举行的一个军队医疗系统研讨会上公布他的这项研究结果的。研究一经发布，就引来了不少关注。

　　目前，该研究团队称，他们将重点利用这个大脑开展军事研究，以了解创伤后应激障碍和创伤性脑损伤造成的影响。

　　培育人脑不是最近才“放出的卫星”

　　你可不要以为培育人脑是最近才“放出来的卫星”。在2013年，一个国际研究团队已经使用干细胞成功培育出一个模仿人脑早期发育的3D结构，而相关论文也发表在了《自然》杂志。

　　该研究由奥地利分子生物技术研究所的于尔根·克诺布利希牵头，并联合英国爱丁堡大学医学研究委员会(MRC)人类遗传小组的科学家共同开展，研究人员首先利用人类胚胎和诱导多能干细胞展开研究，后者能够用来培养神经外胚层(胚胎细胞的外层)。我们需要了解到的一个事实是，大脑的所有部分和神经系统都是由神经外胚层发育而来的。

　　研究人员随后将部分组织植入人工凝胶中(人工凝胶是复杂组织发育的平台)，然后再放入旋转生物反应器。培养基在反应器中的循环改善了氧和氮的供应，促使大脑组织的体积变大。研究人员利用特别搭配的多种营养物质，促使干细胞生长并组成复杂结构，以此培育出可以形成脑和神经系统的神经外胚层。神经外胚层组织碎片被放置在一个旋转生物反应器内，在有氧气循环和养分供给的环境下逐渐形成“类脑器官”。

　　一个月之后，组织的碎片可以自行排列成能够发育成视网膜、脉络丛和大脑皮层等大脑区域的原始结构。研究人员在显微镜下观察大脑皮层，可以看到在中枢神经系统发育中发挥关键作用的放射状胶质干细胞，正在以同正常发育相似的方式生成神经元。到两个月时，这个“迷你大脑”的最大尺寸已经达到4毫米。不过其仍然很小，只有豌豆粒一样大小。

　　据了解，这些年来世界多个国家的其他一些脑科学家团队也在进行培育人脑的研究和实验。以往也有培育完整大脑的尝试，在最好的情况下曾培育出类似9周大胎儿大脑的微型器官，但这些“大脑类器官”不完整，且只包含大脑的某些方面。

　　一半人类大脑的混种生物

　　近些年也有科学家在利用人类大脑细胞培育混种生物。据《神经系统科学》杂志2014年的报道，科学家最新研究发现，注射人类大脑细胞的老鼠将逐渐长出“一半人类大脑”，使它们比同类更加聪明，在记忆和认知方面表现突出。

　　研究负责人、美国罗彻斯特大学医学中心研究员史蒂芬·高德曼博士称，对小老鼠注射一种未成熟的人类大脑细胞——胶质细胞，将导致它们的大脑变得特殊，比如其记忆能力会大大增强。

　　人类大脑胶质细胞可支持大脑细胞发育，形成大脑细胞结构，供给营养物质，当注射老鼠大脑之后可加倍生长，就会替代老鼠大脑相同类型的细胞。虽然老鼠仍有自己的大脑神经细胞，但是人类胶质细胞可以在老鼠大脑中传递和存储信息。科学家对“半人脑老鼠”测试结果显示，它们比普通老鼠具有更好的记忆能力。他们认为，人类大脑胶质细胞可显著提高老鼠大脑记忆力。

　　这些年，利用人脑细胞培育混种生物的实验，也引起了很多人的担忧。甚至有科学人士担忧，如果这种实验不得到控制，未来很可能会诞生一些高智商动物，就像科幻电影《深海狂鲨》和《人猿星球的崛起》中出现的智商较高动物一样，那时，我们人类自身可就有苦头吃了!

　　但是在严肃的科学家们看来，至少现在，这种担心是多余的，因为现在给老鼠等动物注入人脑细胞的实验，只是提高了其某个方面的能力，并且这些方面常常是人类和其它哺乳动物所共有的，其并不会获得人类一样的思维和意识。

　　我们需要培育人脑吗?

　　从理论上而言，人体干细胞能够分化培育成任何组织和器官，人脑也不例外。现在问题是，我们需要培育人脑吗?

　　目前，如果一个人的部分脑区坏了，还无法更换培育的脑组织代替其原来的功能。因为培育的大脑只能算作大脑类器官，但这并不是说这样的研究就没有什么价值。

　　取得这一重大成果的研究团队希望这个大脑能够帮助科学家更深层次地去了解大脑结构及功能，增进对神经系统疾病的了解。

　　据英国《卫报》网站8月19日报道，尽管这个类似5周大胎儿大脑的微型大脑没有意识，但对希望研究发育性疾病发展过程的科学家而言，它可能具有潜在用处，因为阿尔茨海默症和帕金森症等疾病所影响的大脑区域在大脑发育初期就已出现，另外它还可用于测试治疗阿尔茨海默症和帕金森症等疾病的药物。

　　在参与人脑培育研究的一些科学家看来，这种培育的人脑进行这些药物的测试可能比在老鼠身上更有价值。

　　科学家们预计，这一技术今后还可以用于研究精神分裂症、孤独症、抑郁症等影响全球数以百万计人的疾病。“在实验室研究方面，这些疾病都是可以用培育的大脑进行尝试的。

　　但人脑培养的研究注定是一条荆棘丛生的道路。虽然人类大脑形成始于一些结构相对简单的组织，却能迅速发育成自然界已知最为复杂的结构之一，其中具体过程对科学界而言仍属未知。中科院神经科学研究所科研管理处的王钱福表示，目前人类对人脑还知之有限，就培育人脑而言，由于其只有得到身体各个部位的响应才能发挥功能，因此前进的技术难题非常大。就现有的技术条件来看，培育和人类大脑完全一样的人脑并不现实。

　　培育人脑将会遭遇伦理门槛

　　这些年来，各种人造器官的发展日新月异，如人造皮肤、人造血管、人造耳朵、人造心脏、人造肾脏……等等。而由于涉及到人类的意识和思维，培育人脑要复杂得多。

　　王钱福表示，科学家们培育出来的人脑，也许和我们这些由生殖而来的人脑相比完全是另外一回事儿。因为这种人造之物，尽管看起来与真正人脑细胞的早期形态很相似，但还是与自然造物有着本质区别。

　　不少神经科学家认为，尽管人造脑细胞每一个部分都已按照真正脑细胞的组合方式聚集，但是可能仅仅只是物理的聚集而已，并不是发生反应的聚合。

　　我们这样来打个比方或许就要好理解得多。你的家里有一辆汽车，所有的零配件都在，只是装配有些反常，比如你将发动机装在车顶上或者后备箱中，这并不妨碍你向别人介绍这辆车如何进行运动，但是这样的车没有和整个驱动装置连接是无法运动的。科学家们培育的人脑可能也是这样，其零部件可能并不在它们正确的位置上。

　　现在一些研究人员能够培育的也只是人脑的形态，其功能怎么样还没有进行全面的测试。事实上，很多人脑的功能可能无法通过单纯培育人脑组织就能发挥出来。

　　这些年来，人类胚胎干细胞因为伦理方面的问题，其研究一直受到责难和批评，其研究也受到一些严格的限制。

　　不过阿南德强调，他们培育的这个大脑没有意识，也不会思考，理由是他们不向这个大脑输入任何感官刺激，这个大脑不以任何方式进行思考，因此相关研究不存在任何道德问题。

　　克诺布利希也表示，培育“迷你人脑”的目的不是“制造完整的人脑”，而是分析人类大脑组织发育过程，创造可用于研究一些疾病发病机制的生物模型。

　　专家表示，当前人工培育的大脑距离知觉、意识、或者对外界做出反应还有很长一段距离，因此倒是不必过于担忧伦理问题。虽然未来会让人感到忧虑和不安，但现在还只是初级阶段。■