斯坦福大学成功培养半人半鼠生物,科学家严禁灵长类实验

刚刚,我注意到BBC发布了一则令人震惊的报道,标题为《科学突破:成功研制半人半鼠脑》。在美国斯坦福大学的神经科学实验室,多台高精度红外运动捕捉相机正密切监视着一只在小圆盘内活动的白鼠。这只老鼠时而走动,时而停下,偶尔嗅闻周围并发出细微的叫声,外观上与常见的实验鼠几乎无异。但安装在其头顶的电生理仪器实时显示的脑电波,让在场的研究人员无不紧张——这只老鼠的大脑皮层超过90%竟然是由真正的人类细胞构成的!国际顶尖学术期刊《自然》在9月16日发布了斯坦福大学的塞尔久·帕什卡教授团队的一项新成果:科学家们成功使人类干细胞培育出的“大脑器官”在活体老鼠大脑中扎根生长,并打破了长达亿年的物种进化障碍——人类的神经纤维直接连接并渗透了老鼠的神经回路和脊髓。面对这一突破,论文的通讯作者也立即向全球科研界发出警告:灵长类动物严禁进行类似实验。

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这只拥有大部分人类大脑皮层的小白鼠到底经历了怎样的实验? 01、人造大脑的更替:91.9%的皮层被人类细胞替换 神经科学界一直面临一大困境:癫痫、自闭症、脑瘫以及诸多精神疾病在新药临床试验中的失败率始终居高不下。根本原因是普通老鼠的大脑过于原始,无法与人类大脑那套巧妙、层次分明的结构相匹配。以普通老鼠进行药物测试,类似于缘木求鱼。过去,科学家曾尝试向正常老鼠的大脑中注入少量人类神经元,但由于老鼠原有的神经网络生长迅速,外来的细胞无法获得充足的空间和资源,难以生存并展开发展。为了解决这一困境,斯坦福团队实施了一个大胆的“腾笼换鸟”计划:第一步,基因清空。研究者通过敲除特定基因(Esco2),生成一种几乎缺失大脑皮层和海马体的“无皮层小鼠”,使小鼠的大脑体积减少了一半左右;第二步,植入的人脑器官。在小鼠出生后不久,科学家将用人类诱导多能干细胞培育得到的四个皮层类器官精准移植入小鼠空荡荡的颅腔内;第三步,细胞的惊人占领。在没有小鼠自身神经元的挤压后,人类大脑组织表现出了惊人的生长活力。仅在2到3个月内,植入的人类脑组织便体积膨胀了约4.7倍,最终占据了这只合成小鼠整个大脑皮层的91.9%!这已不再是“脑中混入一点人类细胞”,而是几乎完全由人类神经细胞掌握的半人鼠生物。 02、成功的跨物种连接:人类神经元深入老鼠脊髓 令科研团队深感震惊的,还有这些人类细胞在老鼠体内的发育深度。在传统培养皿中,人类脑类器官发展到一定阶段便会受限,无法再分化出某些高度特化的脑细胞;但在这只老鼠的颅腔内,人类细胞仿佛找到了适宜的环境,不仅成功分化出极为罕见的第5层皮层外投射神经元,甚至还自发出现了类似于灵长类特有的冯·埃科诺莫神经元,这种大型梭形细胞仅存在于人类和大猩猩中,和社会认知与共情等高级功能密切相关!通过荧光标记和神经追踪技术,可以确认这并不是一团孤立的细胞球:自发脑电同步,植入的人类大脑皮层在小鼠的颅内产生了有规律的电活动,这种神经放电甚至与小鼠的面部及口部运动高度同步;跨物种连接,人类神经细胞的轴突延伸穿过小鼠的脑底结构,深入到颈椎脊髓,并与小鼠的体神经系统紧密相连;认知与记忆的改善,这些天生缺乏大脑皮层的白鼠在迷宫中完全失去方向感,而被成功植入人类大脑皮层的小白鼠在Y型迷宫测试中的表现显著优于无脑的对照组,显示了清晰的记忆能力。人类培养的神经组织不仅在老鼠体内扎根,甚至开始参与调控这些动物的神经活动与认知过程。 03、科学家的警惕与禁忌:为何绝不能在猴子身上进行实验? 随着这项研究在《自然》上发表,一个令人不安的伦理问题逐渐浮出水面:拥有巨大人类大脑皮层的老鼠,是否可能发展出某种形式的自我意识?为了解释这一疑虑,论文的作者帕什卡教授与独立生物伦理专家组进行了大量运动和行为测试,得出的结论是:无需惊慌,这只小鼠并未变得如同童话故事中的“鼠人”。在其日常行为中,小鼠的奔跑、觅食及叫声与普通老鼠并无二致,并未获得任何超常的智力。这是因为老鼠的大脑体积相对太小,且其生长环境与人类的神经发育过程间存在极大的演化差距,仅凭这团人类细胞,无法构建出真正复杂的自我意识。然而,帕什卡教授严肃地划定了一道“技术禁区”:在我的认知中,这是一条绝不可逾越的界线,那就是绝对不能在非人灵长类(如猴子、猩猩)身上进行实验。在目前阶段,绝对没有理由去越过这条红线。为何老鼠可行,而猴子却不行?因为灵长类动物的脑容量极大,科学家们对于此类实验必须持有充分的谨慎与底线。

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