ככל שהחוקרים לומדים המוח האנושי במנותק מן הגוף
יוצרים / / December 19, 2019
טבע העת שפורסםהאתיקה של ניסויים עם רקמת המוח האנושי רובין 17 חוקרי מוח מובילים, בהם מדענים דנו בהתקדמות בפיתוח מודלים המוח האנושי. פחדים של מומחים הם כדלקמן: צפוי בעתיד הקרוב המודל יהיה כל כך מתקדם שהם ישחקו לא רק את המבנה אלא גם את תפקודי המוח האנושיים.
האם אפשר ליצור "במבחנה" חתיכת רקמת העצבים, יש תודעה? מדענים יודעים את מבנה המוח של חיות בפירוט רב, אך לא מצאו עד כה, איזה סוג של מבנה "קידוד" המוח וכיצד למדוד את נוכחותה כשמדובר המוח מבודד וכדומה.
המוח באקווריום
"תאר לעצמך שאתה התעוררת במכל בידוד מבודד - סביב אין אור, אין קול, אין גירויים חיצוניים. רק התודעה שלך, תלוי בחלל. "
תמונה זו מייצגת את עצמם מומחים על אתיקה, להעיר על הצהרה מן ננאד מדען המוח באוניברסיטת ייל Sestao (ננאד Sestan) כי קבוצתו הצליחה בתוך 36 שעות כדי לשמור על מוח החזיר המבודד "החי" מצבו.
הודעהחוקרים שומרים מוחות חזיר בחיים מחוץ לגוף ניסוי מוצלח נעשתה בישיבת ועדת האתיקה של המכונים הלאומיים לבריאות בסוף מארס השנה. לדברי המדען, באמצעות מערכת משאבה עם מחומם שכותרתו BrainEx ו תחליף סינתטי דם, חוקרים נתמכים זרימת נוזל אספקת החמצן למאות חיות המוח מבודד, לשים למוות בבית מטבחיים בעוד כמה שעות לפני להתנסות.
אם לשפוט לפי פעילות השימור של מיליארדי נוירונים בודדים, הגופים נותרו בחיים. עם זאת, מדענים לא יכולים לומר אם מוחות החזיר המשומרים, להציב "אקווריום", סימנים של תודעה. היעדר הפעילות חשמלית, שיטה סטנדרטית הוכחה באמצעות אלקטרואנצפלוגרם, Sestao משוכנע כי "המוח הוא גם לא מודאג לגבי כל דבר." יתכן כי מוח חיה מבודד במצב של תרדמת, אשר נתן במיוחד תוקף, יכול לתרום שטיפת רכיבי הפתרון שלה.
פרטים של המחברים אינם חושפים את הניסוי - הם מכינים לפרסום בכתב עת מדעי. עם זאת, אפילו באזורים העניים Sestao לדווח על כך עוררה עניין רב והרבה ספקולציות לגבי המשך הפיתוח של הטכנולוגיה. ככל הנראה, השימור של המוח אינו טכני הרבה יותר קשה מאשר כל שימור איבר אחר להשתלה, כגון לב או כליות.
אמצעי זה כי, תיאורטית, יכול להיות מאוחסן במצב טבעי יותר או פחות את המוח האנושי.
המוח מבודד יכול להיות מודל טוב, למשל, לחקר סמים: בגלל ההגבלות הרגולטוריות הקיימות חלות בני אדם, ולא על איברים בודדים. עם זאת, מנקודת מבט אתית, זה מעלה הרבה שאלות. גם הנושא של מוות מוחי נשאר "אזור אפור" לחוקרים - למרות קיומה של הפורמלית קריטריונים רפואיים, ישנם מספר מדינות דומות שממנו וחזרה לחיים נורמליים יותר אפשרי. מה אנחנו יכולים לומר על המצב, כאשר אנו אומרים כי המוח הוא עדיין חי. מה אם מבודדים מהגוף למוח ממשיך להישמר עצמה כל או חלק מסימני הזהות? ואז אפשר לדמיין את המצב המתואר לעיל במאמר זה.
איפה שקרי תודעה
למרות העובדה כי עד 80-ies של המאה העשרים התקיימו בקרב שוחרי המדענים של התיאוריה של דואליזם שמפריד הנשמה מהגוף, בימינו, פילוסופים אפילו, מוקדש ללימוד של הנפש, אנו מסכימים כי כל מה שאנחנו מכנים תודעה מופקת על ידי מוח החומר (ההיסטוריה של הנושא ניתן לקרוא ביתר פירוט, למשל, בפרק זהאיפה התודעה: ברקע פרספקטיבות מחקר מתוך ספרו של חתן פרס נובל אריק קנדל "In Search of Memory").
יתר על כן, עם טכניקות של היום, כגון הדמיה בתהודה מגנטית תפקודית, מדענים ניתן לראות איזה סוג של אזורים במוח מופעל במהלך הביצוע הספציפי נפשי תרגילים. עם זאת, הרעיון של תודעה כולה הוא גם חלוף, ומדענים עדיין לא הסכימו אם זה סט של תהליכים המתרחשים במוח, או שהיא מקודדת נפגשים מסוימים וקושרת עצבית.
זה אומר בספרו, קנדל, בחולים עם ההמיספרות מופרדים בניתוח של התודעה במוח, כפי שהוא חולק לשתי, וכל אחד מהם מקבל מבט עצמאי של העולם.
במקרים אלה ודומיהם עיסוק נוירוכירורגי מצביעים לפחות בעובדה קיומה של תודעה של שלמות המוח כמבנה סימטרי אינה נדרשת. ישנם חוקרים, כולל שגילה את מבנה ה- DNA, פרנסיס קריק, אשר בסוף החיים החל להתעניין במדעי המוח, הוא האמין כי נוכחותו של התודעה נקבעת על ידי מבנים ספציפיים במוח.
אולי זה שרשרת עצבית מסוימת, והוא יכול להיות המקרה בתמיכה של תאי מוח - האסטרוציטיםכי לאדם יש, לעומת בעלי חיים אחרים, הוא די מתמחה. בכל מקרה, לפני הדוגמנות של מבנים במוח אנושי פרט במבחנה ( "In vitro"), או אפילו in vivo (כחלק המוח החי) מדענים כבר הגיעו.
תתעוררו bioreactor
לא ידוע כיצד בקרוב מדובר ניסויים על המוח כולו מופק בגוף האדם - מומחים הראשון במדעי המוח ומן האתיקה חייבים להסכים על כללי המשחק. אף על פי כן, במעבדות בצלחות פטרי ו למתקני גידול כבר מגודליםהעלייה של תרבויות המוח האנושי תלת ממדי "מיני-מוח" המחקה את המבנה של "הגדול" המוח האנושי או מח' ספציפית.
במהלך ההתפתחות העוברית של האיברים שלו נוצרות על פי בשלבים מסוימים של גנים מסוימים המשובצים בתוכנית על פי העיקרון של ארגון עצמי. אינו יוצא מן הכלל ומערכת העצבים. החוקרים מצאו כי אם תרבות של תאי גזע באמצעות חומרים מסוימים כדי להשרות התמיינות לתאים עצביים רקמות, מוביל זה שחלופים ספונטניים תרבית תאים, בדומה לאלו המתרחשות במהלך morphogenesis בצינור העצבי העובר.
"ברירת מחדל" מושרה בדרך זו בתאי גזע להבדיל לגמור את הנוירונים בקליפת המוח מוח, אלא על ידי הוספת מולקולות איתות חיצוניות בצלחת פטרי ניתן להכין, למשל, תאים המוח התיכון, הסטריאטום או חוט השדרה. התברר כי הכוס ניתן לגדלמנגנון פנימי של corticogenesis מתאי גזע עובריים לנבוח זה, כמו גם במוח, מורכב מכמה שכבות של נוירונים האסטרוציטים המכילים עזר.
ברור כי התרבויות דו ממדים הופכות לפשוטות מודל מאוד. העיקרון של ארגון עצמי של רקמת העצבים סייע למדענים לדלג במהירות תלת ממד מבנים הנקראים אברונים spheroids ו המוחין. על התהליך של ארגון של הרקמות יכולה להיות מושפע משינויים בתנאים הראשוניים, כגון הצפיפות הראשונית של התרבות ואת ההטרוגניות של התאים, וגורמים חיצוניים. ויסות הפעילות של מסלולי איתות מסוימים, אתה אפילו יכול להשיג היווצרות של מבנים מתקדמים אברון כגון כוס האופטית עם האפיתל של רשתית, קשובדינמיקה המגוונת ברשת פלאפון ב organoids המוח האנושי רגיש לאור.
באמצעות גורמי כלי וצמיחת עיבוד מיוחדים למדענים מותרים לקבל כיווניתדוגמנות פיתוח קליפת המוח האנושי במבחנה באמצעות תאי גזע מושרים מקבילות מוח קדמי אנושי מוחות organoid (המיספרות) לנבוח, ההתפתחות אשר, על פי הביטוי של גנים ומתאימים סמנים אל השליש הראשון בהתפתחות העוברית.
מדענים מאוניברסיטת סטנפורד הוביל Serghiou Pask (סרג'יו Pasca) שפותחנוירונים האסטרוציטים קליפת מוח פונקציונליים מתאי גזע פלוריפוטנטיים אנושיים בתרבות 3D דרך לגדול גושי מדמי המוח הקדמי ישירות בצלחת פטרי. גודלו של "מוחות" כזה של כ 4 מילימטרים, אך לאחר 9-10 חודשים של הבשלה נוירונים בקליפת המוח האסטרוציטים מתאים במבנה זההתבגרות האדם astrocyte נתפס 3D שיתוק קורטיקלי Spheroids נגזר pluripotent בתאי גזע רמת הפיתוח לאחר הלידה, כלומר רמת הפיתוח של התינוק מיד לאחר הלידה.
חשוב לציין כי תאי הגזע לגדול מבנים אלה יכולים להילקח על אנשים ספציפיים, כגון חולים עם מחלות נקבעות גנטי של מערכת העצבים. הצלחת הנדסה גנטית עולה כי מדענים יוכלו בקרוב כדי לצפות במבחנה התפתחות של המוח או denisovtsa הניאנדרטלי.
בשנת 2013, חוקרים מן המכון לביוטכנולוגיה מולקולרית של האקדמיה האוסטרית למדעים פרסמה ניירהתפתחות המוח האנושי מודל organoids מוחין ממיקרוצפלוס-בתארו את הטיפוח בתוך bioreactor של שני סוגים של תאי גזע, "המוח בזעיר אנפין", מחק את מבנה המוח האנושי בכללותו.
אזורים שונים אברון מתאימים בחלקים שונים של המוח: הגב, באמצע מלפנים "מוח קדמי" הראו אפילו בידול נוסף למניות ( "בחץ כדור"). מה שחשוב, מוח-מיני זה, שסכומו הוא גם לא יותר מאשר כמה מילימטרים, החוקרים מבחינים בסימנים של פעילות, תנודות במיוחד בריכוז הסידן בתוך הנוירונים, אשר מעידים על העירור שלהם (לפירוט לקרוא את הניסוי הזה יכול כאן).
מטרת המדענים כבר לא רק לשחזר את האבולוציה של המוח במבחנהאבל גם כדי ללמוד את התהליכים המולקולריים המובילים ממיקרוצפלוס- - הפרעות התפתחותיות, אשר מתרחשות בפרט במהלך זיהום של וירוס העובר זיקה. עבור עבודה זו המחברים העלו אותו המוח המיני של התאים של החולה.
למרות התוצאות המרשימות, החוקרים היו בטוחים כי אברונים כגון אינם מסוגלים להבין כלום. ראשית, במוח זה מכיל כ -80 מיליארד נוירונים, האברונים שלהם גדל בסדרי גודל קטנים יותר. לפיכך, המוח-מיני פשוט לא פיזית מסוגל לבצע את הפונקציות מלא של המוח.
שנית, בשל האופי של "במבחנה" חלק מהבנים שלה אותר די כאוטי ובלתי סדירה בצורה, חיבורים שאינם פיזיולוגיים אחד עם השני. אם משהו מיני-מוח חשבו שהמחיר היה ברור שמשהו חריג לנו.
על מנת לפתור את בעיית האינטראקציה בין מחלקות, מדעני המוח הציעו מוח מודל ברמה חדשה, אשר נקראה "assembloidy". עבור היווצרותם הראשון גדלו בנפרד האברונים המתאימים חלקים נפרדים של המוח, ואז הם התמזגו.
גישה זו, מדענים השתמשועצרת של spheroids מוח קדמי האנושי משולב באופן פונקציונלי כדי ללמוד כיצד קרום בנה את interneurons שנקרא, אשר מופיעים לאחר היווצרות של כמות גדולה של נוירונים ידי הגירה מן השכנה המוח הקדמי. Assembloidy נגזר משני סוגים של רקמת העצב, מותר לבחון הפרות של הגירה interneuron בחולים עם אפילפסיה ואוטיזם.
תתעורר גוף של מישהו אחר
אפילו עם כל השיפורים אפשריים "מוח במבחנה" צומצמו על ידי שלושה תנאים בסיסיים. ראשית, אין להם מערכת כלי דם המאפשרת משלוח של חמצן וחומרים מזינים את המבנים הפנימיים. מסיבה זו, את גודל המוח-מינים מוגבלים דיפוזיה של מולקולות דרך הרקמות. שנית, אין להם מערכת חיסונית, שמספקת תאים microglial: נורמלי, תאים אלה נודדים לתוך מערכת העצבים המרכזית מבחוץ. שלישית, במבנה, הגדלת הפתרון, אין במיקרו-סביבה ספציפיים הניתנים על ידי הגוף, אשר מגביל את מספר מולקולות איתות הזנתו. הפתרון לבעיות אלה יהיה ליצור מודל חית כימרי המוח.
בשנים האחרונות עבודה in vivo מודל של organoids המוח האנושי מתפקד vascularized מדענים אמריקאים ממכון סאלק בראשות פרד גייג (פרד גייג ') זה מתאר את האינטגרציה של אברון המוח האנושי (כלומר-המוח מיני) במוח העכבר. כדי לעשות זאת, החוקרים בנה הראשון לתוך ה- DNA של חלבון פלואורסצנטי ירוק גנים של תאי גזע על גורלו של רקמת העצבים המתפתחת יכול להיבחן עם מיקרוסקופ. תאים אלה גדלו במשך 40 אברונים ימים שאחרי מושתל לתוך החלל בבית קליפת המוח retrosplenial עכבר immunodeficient. לאחר שלושה חודשים, 80 אחוזים מבעלי החיים נתפסו על השתל.
מוחות העכברים Chimeric נותחו במשך שמונה חודשים. נמצא אברונים, אשר ניתן להבחין בקלות על ידי הזוהר של חלבון פלורסנטי, בהצלחה סינפסות משולבת, יצר כלי דם נרחב, האקסונים גדלו והקימה עם תהליכים עצביים המוח של המאסטר. בנוסף, מהמארח לתוך השתל זז תאים microglial. לבסוף, החוקרים אישרו את הפעילות התפקודית של נוירונים - הם הראו תנודות פעילות וסידן חשמל. לפיכך, האדם "המוח מיני" מלא הפך לחלק במוח העכבר.
באופן מפתיע, את ההתנהגות של האינטגרציה העכברה הניסוי של יצירת רקמת עצבים האנושית אינה מושפעת. במסגרת מבחן עבור המוח עכבר כימרי למידה מרחבית הראה אותן תוצאות כמו זו של עכברים רגילים, ו שונה אפילו זיכרון גרוע - החוקרים הסבירו זאת בכך שהם עשו להשתלה של חור הקליפה ההמיספרות.
עם זאת, מטרת העבודה נוכחית לא הייתה מקבלת עכבר חכם עם תודעה אנושית ויצירה in vivo מודל של אדם אברונים מוחין מצויד רשת של כלי שיט במיקרו-סביבה עבור יישומים ביו-רפואיים שונים.
הניסוי היה סוג שונה לחלוטין של פוטengraftment המוח הקדמי ידי ובתאי גליה אנושיים משפר פלסטיות הסינפטית ולמידה בעכברים בוגרים מדענים מן המרכז Translational neyromeditsiny מאוניברסיטת רוצ'סטר ב 2013. כפי שהוזכר קודם לכן, תאי מח עזר (אסטרוציטים) אדם נבדלים מתאי בעלי חיים אחרים, בעכברים בפרט. מסיבה זו, החוקרים מראים כי האסטרוציטים לשחק תפקיד חשוב בפיתוח ותחזוקה של תפקודי המוח האנושי. כדי לבדוק כיצד לפתח עכבר כימרי עם האסטרוציטים מוח אנושיים, מדענים להציב קודמיו תאי אבזר במוח של עוברי עכברים.
התברר כי האסטרוציטים המוח האנושי כימרי לעבוד שלוש פעמים מהר יותר מאשר העכבר. יתר על כן, עכברים כימרי עם המוח היו חכמים הרבה יותר מהממוצע במובנים רבים. הם חושבים מהר, מאומנים יותר וממוקדים במבוך. כנראה עכברים chimeric לא חושב כמו אנשים, אבל אולי היה מצליח להרגיש את השלב הבא של האבולוציה.
עם זאת, עבור המחקר של מכרסמים המוח האנושי רחוק המודל האידיאלי. עובדת רקמת העצבים האנושית מתבגרת פי כמה שעון מולקולרי פנימי, ולהעביר אותו לתוך אורגניזם אחר לא לזרז את התהליך. בהתחשב בכך העכברים חיו במשך שנים בלבד, ויצירת הכולל של המוח האנושי לוקחת כמה עשורים, כל תהליכים ארוכי טווח במתכונת של מחקר המוח כימרי בלתי אפשרי. אולי בעתיד של מדעי המוח עדיין מעבר המוח האנושי באקווריומים - כדי לברר כיצד זה לא מוסרי, מדענים פשוט צריכים ללמוד לקרוא מחשבות, ואת הטכנולוגיה המודרנית, נראה, ובקרוב תאפשר לה לעשות.
ראה גם
- 8 חשבו ניסויים שיגרמו לכם לחשוב →
- 4 שאלות כדי לעזור להתחיל שיחה מעניינת →
- כיצד לפענח את המסתורין של המוח ללמוד לנהל אותו: 15 ספרים מועילים →