На протяжении многих лет ученые выращивают в лаборатории миниатюрные, размером с горошину, скопления нейронов и других клеток — так называемые «мозговые органоиды». Эти удивительные структуры, полученные из клеток кожи человека, имитируют ранние стадии развития мозга, предлагая мощный новый инструмент для понимания того, как формируется наш мозг и что идет не так при неврологических расстройствах.
Выращивание мозга на тарелке: новый подход к исследованиям
В лаборатории Гарварда доктор Паола Арлотта и ее команда регулярно осматривают стеллажи с «научными формочками для кексов». В каждой ячейке находится бассейн розовой жидкости, в котором содержится десятки полупрозрачных бугорков — мозговые органоиды, состоящие до двух миллионов клеток. Это не настоящие мозги, подчеркивает доктор Арлотта, а скорее «редукционистские реплики», которые позволяют ученым изучать аспекты развития мозга, не сталкиваясь с этическими сложностями, связанными с работой с человеческими мозгами.
Десять лет развития: от клеток кожи к созревающим нейронам
Путь начинается с клеток кожи, пожертвованных добровольцами, которые превращаются в стволовые клетки, похожие на те, что встречаются в плотном человеческом мозге. Эти клетки затем размножаются, развиваясь в нейроны и другие типы клеток мозга, устанавливая связи и испуская электрическую активность. Самые старые органоиды доктора Арлотты сейчас имеют семь лет и представляют собой уникальную запись развития мозга. Удивительно, но нейроны в этих органоидах демонстрируют прогрессию, имитирующую развитие человеческого мозга, напоминая тех, кто посещает детский сад в пятилетнем органоиде.
Расширяющиеся возможности в нейронауке
Область исследований мозговых органоидов быстро расширяется, позволяя ученым:
- Отслеживать развитие клеток: Наблюдать за тем, как клетки развиваются и мигрируют во время внутриутробного развития.
- Изучать внешние факторы: Исследовать, как такие факторы, как сахар и другие соединения, влияют на развитие мозга.
- Моделировать неврологические заболевания: Создавать мозговые органоиды из клеток людей с такими состояниями, как аутизм, чтобы изучать, как генетические мутации влияют на нейроны.
«Каждый месяц вы не знаете, что принесет будущее», — говорит нейробиолог Бенуа Лоран, подчеркивая динамичность этой области.
Этические соображения и возникновение «органоидного интеллекта»
По мере усложнения мозговых органоидов возникает необходимость в этическом надзоре. Доктор Арлотта и 16 других ученых недавно призвали к глобальному надзору, подчеркивая важность сосредоточения внимания на том, что органоиды есть на самом деле, а не на спекулятивных возможностях. Стартапы, продвигающие «оганоидный интеллект» и строящие ИИ-компьютеры с помощью органоидов, подвергаются критике, и некоторые критики считают их заявления преждевременными.
Реклама опередила все, что было сделано, — говорит нейробиолог Сергиу Паска, предостерегая от приписывания интеллекта простым культурам клеток.
Ассемблоиды и изучение болевых сигналов
Ученые теперь комбинируют несколько органоидов в сети под названием «ассемблоиды», чтобы изучать более сложные процессы. Одно такое создание доктора Паска и его команды воспроизвело болевой путь, наблюдая за тем, как нейроны реагируют на стимулы, даже демонстрируя синхронную активацию — ключевой аспект обработки боли. Внедрив мутацию, известную тем, что она увеличивает чувствительность к боли, они показали, что синхрония усиливается, предлагая модель для дальнейших исследований.
Исследование искусственного интеллекта с использованием мозговых органоидов
Биоинженер Фэн Гуо расширяет границы исследований органоидов, изучая их потенциал для обработки информации. Его система Brainoware позволяет доставлять и принимать электрические сигналы от органоидов, позволяя исследователям наблюдать их электрическую активность. В одном эксперименте Brainoware успешно декодировал гласные звуки после короткого периода обучения, демонстрируя примитивную форму искусственного интеллекта.
Решение проблем, связанных с сознанием и страданием
Хотя полноценное сознание остается отдаленной возможностью, биоэтик Инсу Хьюн поднимает вопросы о потенциале органоидов для проявления памяти и преемственности опыта, особенно в больших, более сложных сетях. Несмотря на возможность возникновения примитивных форм сознания, доктор Хьюн подчеркивает более насущную проблему: потенциал органоидов для страдания.
Я бы больше беспокоился о памяти и преемственности опыта, — сказал доктор Хьюн.
Текущие эксперименты доктора Арлотты, включающие световое стимулирование ее самых старых органоидов, позволяют предположить, что они могут продолжать развиваться, потенциально добавляя сложность и продолжительность этим уникальным биологическим моделям. Будущее исследований мозговых органоидов обещает дальнейшие успехи в нашем понимании человеческого мозга, его развития и сложностей неврологических заболеваний.
