在培養(yǎng)皿中培養(yǎng)具有功能的類人大腦組織的想法一直聽起來(lái)相當(dāng)牽強(qiáng)，即使對(duì)于該領(lǐng)域的研究人員來(lái)說(shuō)也是如此。為了實(shí)現(xiàn)未來(lái)的目標(biāo)，日本和法國(guó)的研究小組開發(fā)了一種技術(shù)，以類似于我們大腦中電路的方式連接實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的模擬大腦組織。

研究大腦發(fā)育和功能的確切機(jī)制具有挑戰(zhàn)性。動(dòng)物研究受到物種之間大腦結(jié)構(gòu)和功能差異的限制，實(shí)驗(yàn)室中生長(zhǎng)的腦細(xì)胞往往缺乏人腦細(xì)胞的特征連接。更重要的是，研究人員越來(lái)越認(rèn)識(shí)到，這些區(qū)域間連接以及它們創(chuàng)建的回路對(duì)于我們?nèi)祟惖脑S多大腦功能非常重要。

此前的研究曾試圖在實(shí)驗(yàn)室條件下創(chuàng)建大腦回路，這一直在推動(dòng)該領(lǐng)域的發(fā)展。東京大學(xué)的研究人員最近發(fā)現(xiàn)了一種在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的“神經(jīng)類器官”之間建立更多生理聯(lián)系的方法，“神經(jīng)類器官”是一種實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ徒M織，其中人類干細(xì)胞生長(zhǎng)成三維發(fā)育大腦模擬結(jié)構(gòu)。研究小組通過軸突束連接類器官來(lái)做到這一點(diǎn)，這類似于活人大腦中區(qū)域的連接方式。

“在實(shí)驗(yàn)室條件下生長(zhǎng)的單神經(jīng)類器官中，細(xì)胞開始表現(xiàn)出相對(duì)簡(jiǎn)單的電活動(dòng)，”該研究的共同主要作者 Tomoya Duenki 說(shuō)。 “當(dāng)我們用軸突束連接兩個(gè)神經(jīng)類器官時(shí)，我們能夠看到這些雙向連接如何有助于生成和同步類器官之間的活動(dòng)模式，這顯示出與大腦內(nèi)兩個(gè)區(qū)域之間的連接有一些相似之處。”

與軸突束連接的大腦類器官比單個(gè)類器官或使用先前技術(shù)連接的大腦類器官表現(xiàn)出更復(fù)雜的活動(dòng)。此外，當(dāng)研究小組使用光遺傳學(xué)技術(shù)刺激軸突束時(shí)，類器官的活性也會(huì)相應(yīng)改變，并且類器官會(huì)在一段時(shí)間內(nèi)受到這些變化的影響，這一過程稱為可塑性。

該研究的資深作者 Yoshiho Ikeuchi 解釋說(shuō)：“這些發(fā)現(xiàn)表明軸突束連接對(duì)于發(fā)展復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)非常重要。” “值得注意的是，復(fù)雜的大腦網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)許多深刻的功能，例如語(yǔ)言、注意力和情感。”

鑒于大腦網(wǎng)絡(luò)的改變與各種神經(jīng)和精神疾病有關(guān)，更好地了解大腦網(wǎng)絡(luò)非常重要。研究實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的人類神經(jīng)回路的能力將提高我們對(duì)這些網(wǎng)絡(luò)在不同情況下如何形成和隨時(shí)間變化的了解，并可能改進(jìn)對(duì)這些疾病的治療。