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迷你尼安德特人的大脑在培养皿中生长

尼安德特人大约在4万年前灭绝,但由于尖端科学,现在加州有一个实验室,里面有装满豌豆大小的穴居人大脑的培养皿。

为什么研究人员要培养和研究这些迷你大脑?他们说,原因是这些小的神经块可能揭示了尼安德特人灭绝和智人征服地球的原因。

“尼安德特人很迷人,因为他们与我们共享地球,现在有遗传证据表明我们确实与他们一起繁殖,”研究负责人、尼安德特人加州圣迭戈(UCSD)干细胞项目告诉《生活科学》。Muotri说,

也许尼安德特人和人类大脑的遗传差异解释了他们的死亡和我们的成功。换言之,人类之所以取得巨大的技术进步,可能是因为我们拥有复杂的神经网络,而尼安德特人没有。

Muotri提出了这项研究,该研究尚未发表在同行评议的期刊上,在6月1日召开的名为“想象力与人类起源”的UCSD会议上,

构建了一个大脑

进行研究,Muotri和他的同事们将尼安德特人的基因组(之前从化石骨头中提取并由其他研究人员测序)与现代人的基因组进行了比较。在显示出两个物种之间显著差异的200个候选基因中,研究人员决定只关注一个:名为NOVA1的主基因表达调控因子。

的人类迷你大脑和圆形球形器官。(Alysson Muotri)

NOVA1在神经发育过程中高度表达,并与自闭症和精神分裂症等神经疾病有关,Muotri说。NOVA1基因在人类和尼安德特人身上非常相似——只是一对碱基(或一对DNA“字母”)在两者之间有所不同。

科学家已经在实验室培育出了被称为有机物的微型人体器官。以培育尼安德特人的微型大脑(研究人员戏称之为尼安德特人),他们使用被称为CRISPR的基因编辑工具“尼安德特人化”人类多能干细胞,或者可以发育成体内任何细胞的未成熟细胞,Muotri说,

然后,利用他们的内部协议,“我们诱使干细胞成为大脑器官”,这个过程需要6到8个月,Muotri说。现在,尼安德特人已经完全长大,他们的尺寸大约为0.2英寸(0.5厘米),“因此,一旦他们成熟,你可以用肉眼看到他们,”他说,

迷你大脑不能变大,因为它们没有血管,这意味着它们没有血液供应。相反,微型脑细胞(每个大脑有多达40万个)通过扩散接受营养。

“在未来我们有可能生长出更大的类器官,”Muotri说我们正在通过在里面制造生物印刷的人造血管来研究这个问题。

有着明显的区别

人类实验室培养的大脑通常是圆的,但尼安德特人不是。相反,尼安德特人的迷你大脑有着细长的管状结构,使其具有爆米花般的形状,Muotri说,

一些尼安德特人的细胞在发育过程中也能更快地从源头迁移,这可以解释爆米花的不寻常形成,他指出。[三维图像:探索人脑]

此外,Muotri补充说尼安德特人没有那么多的突触连接,或神经元之间的连接,并且改变了神经元网络。他说,这些特征看起来类似于人类从自闭症患者身上长出来的微型大脑。然而,很难说这种相似性意味着什么,如果有的话,他说,

“一种相关性并不意味着它们是相似的,”Muotri说我们只能在现阶段对此进行推测。

然而,研究仍处于早期阶段,需要注意的是,该项目有一些局限性,Svante Päbo说,德国莱比锡马克斯·普朗克进化人类学研究所所长,他没有参与这项研究。

“有机物还远远不能告诉我们成年人的大脑是如何运作的,”Päbo告诉《科学》杂志。他和他的同事也在研究制造迷你尼安德特人的大脑,这种 ... 有时会引入意外的突变,Päbo说,“尽管如此,通过控制性实验,“我很有希望我们能克服这些疑虑,”Päbo告诉《科学》杂志,他还希望将尼安德特人的大脑和创造的迷你大脑进行比较

接下来是什么

Muotri的团队现在正在应对另一个类似科幻的挑战。他们发明了一种机器人测量人类微型大脑发出的大脑电信号的 ... 。通过将机器人与微型大脑连接起来,他们希望创造一个“学习反馈回路”,帮助大脑引导机器人探索周围环境。

“最终,我们想比较尼安德特人化的有机物(与机器人)来测试它的学习能力,”Muotri说。

总之,有机物研究可能揭示哪些基因变异是人类成功的关键。”Muotri说:“通过系统地进行这项研究,我们将了解是什么样的基因改变使我们成为了独一无二的人类,以及为什么它们被积极地选择出来。”

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