類器官研究揭示大腦天生預(yù)置“操作系統(tǒng)”
科技日報北京11月30日電（記者張夢然）包括美國加州大學(xué)圣克魯茲分校、約翰斯·霍普金斯大學(xué)以及德國、瑞士多家機構(gòu)聯(lián)合團隊，借助名為類器官的微型人腦組織模型，揭示了大腦天生預(yù)置“操作系統(tǒng)”。發(fā)表在《自然·神經(jīng)科學(xué)》上的最新研究顛覆了傳統(tǒng)認(rèn)知，表明大腦最早的神經(jīng)元放電是以結(jié)構(gòu)化模式進行的，且完全不依賴任何外部體驗。這一發(fā)現(xiàn)暗示，大腦在人出生前就已預(yù)設(shè)了如何與世界互動的基本“指令”。
人類長久以來一直在思索：思維究竟是何時開始形成的？大腦是天生就已配置好，還是思維模式僅隨著對周圍世界的感官體驗而逐漸形成？大腦的運作方式類似于計算機，依賴神經(jīng)元的電信號“放電”來進行信息傳遞。然而，這些信號何時開始產(chǎn)生一直難以深入研究，因為早期發(fā)育中的人腦被保護在母體的子宮內(nèi)，無法直接觀測。
在這項研究中，團隊引導(dǎo)干細(xì)胞發(fā)育成腦組織，然后使用類似計算機芯片的專用微電極陣列來記錄其電活動。在觀察腦組織從干細(xì)胞自我組裝成能夠處理感官信息，并最終產(chǎn)生語言和意識思維的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的過程中發(fā)現(xiàn)，在發(fā)育的最初幾個月內(nèi)，遠(yuǎn)在人腦能夠接收和處理視覺、聽覺等復(fù)雜外部感官信息之前，其內(nèi)部細(xì)胞就已經(jīng)開始自發(fā)地發(fā)出具有特定模式的電信號。這些信號的模式，與處理感官信息時所表現(xiàn)出的特征模式驚人地相似。
團隊在觀察類器官中單個神經(jīng)元的放電活動時發(fā)現(xiàn)，即使沒有接收任何來自外部世界的感官輸入，神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)也能夠自發(fā)地產(chǎn)生復(fù)雜且具有時間序列特征的放電活動。這強烈暗示了活體大腦的神經(jīng)結(jié)構(gòu)中，存在著一種固有的、由基因編碼決定的發(fā)育藍(lán)圖。
了解類器官能夠自發(fā)地產(chǎn)生活體大腦的基本神經(jīng)結(jié)構(gòu)，為更好地理解人類神經(jīng)發(fā)育、神經(jīng)系統(tǒng)疾病以及環(huán)境毒素對大腦的影響開辟了多種可能性。這些模型具備捕捉復(fù)雜神經(jīng)動力學(xué)的基礎(chǔ)能力，而這些動力學(xué)很可能與某些發(fā)病機制密切相關(guān)。未來，團隊將在臨床前層面探索開發(fā)新的化合物、藥物療法或基因編輯工具。
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