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实验室中的细胞团自发形成脑电波

导读 当扁豆大小的神经细胞簇在实验室培养皿中生长时,它们开始释放有节奏的电信号。研究人员在10月3日的《细胞干细胞》(Cell Stem Cell)中报

当扁豆大小的神经细胞簇在实验室培养皿中生长时,它们开始释放有节奏的电信号。研究人员在10月3日的《细胞干细胞》(Cell Stem Cell)中报告说,这些振荡与发育中的婴儿的大脑具有某些共同的特征。

人脑细胞的三维球体(称为脑器官)是人脑的极其简单的模型。尽管如此,这些易于获得的类器官可能仍是研究大脑如何制造以及该过程如何出错的更好方法(SN:2/20/18)。

斯坦福大学(Stanford University)的神经科学家约翰·休格纳德(John Huguenard)表示:“这个领域非常炙手可热,”在大脑类器官的制造和理解方面都取得了快速进展。

他说,首先要在类器官的神经细胞或神经元中找到这种协调的电活动。“神经元正在成长并变得足够成熟,在那里它们不仅可以像神经元那样开始行为并单独发射,而且现在可以进行协调了。”

在这项研究中,研究人员诱使干细胞形成一些组成大脑外层的神经元。这些皮质类器官在实验室培养皿中生长,该类皿沿底部印有电极阵列,从而使科学家能够在类器官形成时监视电活动。

在九个月时,类器官的电活动与新生儿的大脑活动相呼应。数学模型表明:“类器官的进化与人类婴儿大脑的进化相同,到9个月时就达到了与新生婴儿相似的水平。”

Muotri说,尽管类器官可以在实验室中生存数年,但它们的电活动却稳定在约9个月左右。为了使类器官更充分地发展,将需要进一步的改进。

这些类器官的体积比人脑小约一百万倍,但缺少帮助人类形成神经波的复杂细胞组合。Muotri和他的同事们正在探索增加复杂性的方法,也许可以通过添加更多类型的细胞或血液供应来实现。科学家们正在刺激类器官,传递类似于神经元可能从其他大脑区域或外界接收到的信号-已知的力量是雕刻正在成长的大脑。

俄亥俄州哥伦布市全国儿童医院的神经科学家马克·海斯特说,这项研究“为分析这些神经网络的形成提供了一个起始框架”,他的工作还涉及大脑类器官的成熟所产生的电信号。他说,重要的是要记住,这些类器官不是真实的东西,而仅仅是模型。“这不是我们正在研究的微型大脑。”

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