Comme l'étude des chercheurs du cerveau humain dans l'isolement du corps
Formant / / December 19, 2019
La nature de journal a publiéL'éthique de l'expérimentation avec les tissus du cerveau humain robin 17 grands neuroscientifiques, où les scientifiques ont discuté des progrès dans le développement des modèles du cerveau humain. Les craintes d'experts sont les suivantes: probablement dans un avenir proche du modèle sera si avancée qu'ils joueraient non seulement la structure mais aussi les fonctions du cerveau humain.
Est-il possible de créer un « in vitro » un morceau de tissu nerveux, a conscience? Les scientifiques savent que la structure du cerveau des animaux en détail, mais pas trouvé jusqu'à présent, ce type de structure « Encode » l'esprit et la façon de mesurer sa présence quand il vient au cerveau isolé ou similaire.
Le cerveau dans l'aquarium
« Imaginez que vous vous réveilliez dans un réservoir d'isolement isolé - autour il n'y a pas de lumière, pas de son, pas de stimuli externes. Seule votre conscience, suspendu dans le vide ".
Cette image se représenter des experts sur l'éthique, commentant une déclaration de l'Université de Yale neuroscientifique Nenad Sestao (Nenad Sestan) que son équipe a réussi dans les 36 heures pour maintenir le cerveau de porc isolé dans le « live » condition.
messageLes chercheurs gardent les cerveaux de porcs vivant en dehors du corps expérience réussie a été faite lors d'une réunion du Comité d'éthique des Instituts nationaux de la santé à la fin de Mars de cette année. Selon le scientifique, en utilisant un système de pompe avec chauffée intitulé BrainEx et substitut synthétique de sang, les chercheurs ont appuyé la circulation du fluide et l'alimentation en oxygène à des centaines d'animaux cerveau isolés, mis à mort dans un abattoir en quelques heures avant la expérimenter.
A en juger par l'activité de conservation de milliards de neurones individuels, les corps sont restés en vie. Cependant, les scientifiques ne peuvent pas dire si le cerveau de porc en conserve, placés dans la conscience, des signes de « aquarium ». L'absence d'activité électrique, une méthode standard éprouvée en utilisant un électroencéphalogramme, Sestao convaincu que « le cerveau est soit pas inquiet au sujet de quoi que ce soit. » Il est possible qu'un cerveau animal isolé dans un état de coma, qui, en particulier, pourrait contribuer à laver les composants de sa solution.
Les détails des auteurs ne révèlent pas l'expérience - ils se préparent une publication dans une revue scientifique. Néanmoins, même dans les quartiers pauvres Sestao rapport, il a suscité un grand intérêt et beaucoup de spéculations sur la poursuite du développement de la technologie. Apparemment, la préservation du cerveau ne sont pas techniquement beaucoup plus difficile que tout autre conservation d'organes pour la transplantation, comme le cœur ou les reins.
Cela signifie que, théoriquement, peuvent être stockés dans un état plus ou moins naturel et le cerveau humain.
cerveaux isolés pourrait être un bon modèle, par exemple, pour l'étude des médicaments: parce que les restrictions réglementaires existantes sont applicables aux êtres humains, et non pas sur les organes. Cependant, d'un point de vue éthique, cela soulève beaucoup de questions. Même la question de la mort cérébrale reste une « zone grise » pour les chercheurs - malgré l'existence de formelle critères médicaux, il y a un certain nombre d'états similaires à partir duquel un retour à la vie normale plus possible. Que pouvons-nous dire au sujet de la situation, quand nous disons que le cerveau est encore en vie. Et si isolé du corps du cerveau continue d'être gardé en lui-même tout ou partie des signes d'identité? Ensuite, il est possible d'imaginer la situation décrite plus haut dans cet article.
Où réside la conscience
Malgré le fait que jusqu'à 80-s du XX siècle existait entre les scientifiques partisans de la théorie du dualisme qui sépare l'âme du corps, à notre époque, les philosophes même, consacrée à l'étude de la psyché, nous sommes d'accord que tout ce que nous appelons la conscience est générée par le cerveau matériel (histoire de la question peut être lu de façon plus détaillée, par exemple, dans ce chapitreOù est la conscience: l'arrière-plan et les perspectives de recherche du livre lauréat du prix Nobel Eric Kandel "In Search of Memory").
En outre, avec les techniques actuelles, telles que l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle, les scientifiques peut voir à quel genre de zones du cerveau sont activées pendant l'exécution spécifique mentale exercices. Néanmoins, le concept de la conscience dans son ensemble est trop éphémère, et les scientifiques ont toujours pas d'accord si elle est un ensemble de processus qui se produisent dans le cerveau, ou il est codé répondre à certains corrélats neuronaux.
Il raconte dans son livre, Kandel, chez les patients avec hémisphères séparés chirurgicalement de la conscience du cerveau, comme il a été divisé en deux, dont chacun reçoit une vue indépendante du monde.
Ceux-ci et des cas similaires de pratique neurochirurgicale indiquent au moins le fait que l'existence de la conscience de l'intégrité du cerveau en tant que structure symétrique n'est pas nécessaire. Certains chercheurs, y compris le découvreur de la structure de l'ADN, Francis Crick, qui à la fin de la vie est devenu intéressé par les neurosciences, on croit que la présence de la conscience est déterminée par les structures spécifiques du cerveau.
Peut-être qu'il est certaine chaîne de neurones, et peut être le cas à l'appui des cellules du cerveau - astrocytesQu'une personne a, par rapport à d'autres animaux, il est tout à fait spécialisé. Quoi qu'il en soit, avant la modélisation des structures cérébrales humaines individuelles in vitro ( "In vitro"), ou même in vivo (Dans le cadre du cerveau des animaux) scientifiques ont déjà atteint.
Réveillez-vous dans le bioréacteur
On ne sait pas combien de temps il s'agit d'expériences sur le cerveau entier extraites du corps humain - les premiers spécialistes des neurosciences et de l'éthique doivent se mettre d'accord sur les règles du jeu. Néanmoins, dans les laboratoires dans des boîtes de Petri et bioréacteurs sont déjà cultivéesLa montée de trois dimensions des cultures du cerveau humaines « Mini-cerveau » qui imitent la structure du « grand » le cerveau humain ou d'un département spécifique.
Au cours du développement embryonnaire de ses organes sont formés en fonction de certaines étapes de certains gènes intégrés dans le programme selon le principe de l'auto-organisation. Ne fait pas exception et le système nerveux. Les chercheurs ont constaté que si une culture de cellules souches en utilisant certaines substances pour induire la différenciation dans les cellules nerveuses tissu, ce qui conduit à des réarrangements spontanés dans une culture de cellules, semblables à celles qui se produisent au cours de la morphogenèse du tube neural embryon.
« Par défaut » induits de cette manière les cellules souches se différencient pour se retrouver dans les neurones du cortex cerveau, mais en ajoutant des molécules de signalisation externes dans une boîte de Pétri peut être préparé, par exemple, des cellules mésencéphale, striatum ou la moelle épinière. Il est avéré que dans la coupe peut être cultivéUn mécanisme intrinsèque de corticogenèse à partir de cellules souches embryonnaires cette écorce, ainsi que dans le cerveau, constitué de plusieurs couches de neurones et astrocytes contenant des auxiliaires.
Il est clair que les cultures en deux dimensions sont modèle très simplifiées. Le principe de l'auto-organisation du tissu nerveux a aidé les scientifiques à sauter rapidement aux structures en trois dimensions appelées organites sphéroïdes et cérébrale. Sur le processus d'organisation du tissu peut être affecté par des changements dans les conditions initiales, telles que la densité initiale de la culture et de l'hétérogénéité des cellules et des facteurs exogènes. Moduler l'activité de certaines voies de signalisation, vous pouvez même obtenir la formation de structures organelles avancées telles que la coupe optique avec l'épithélium rétinien, sensiblesdynamique de la diversité en cellules et organites réseau dans le cerveau de l'homme photosensible à la lumière.
L'utilisation d'un navire de traitement spécial et des facteurs de croissance permis aux scientifiques reçoivent directionnellementModélisation du développement cortical humain in vitro en utilisant des cellules souches pluripotentes induites humain cérébral organoïde correspondant écorce prosencéphale (hémisphères), dont le développement, en fonction de l'expression de gènes marqueurs et correspond au premier trimestre développement du fœtus.
Un des scientifiques de Stanford a conduit Serghiou Pask (Sergiu Pasca) développéneurones corticaux fonctionnels et astrocytes à partir de cellules souches pluripotentes humaines en culture 3D façon de développer des morceaux qui simulent le cerveau antérieur directement dans la boîte de Petri. La taille de ces « cerveaux » d'environ 4 millimètres, mais après 9-10 mois de maturation des neurones corticaux et astrocytes correspondent dans cette structureHuman astrocytes Maturation dans Capturé sphéroïdes cortex cérébral 3D dérivées de cellules souches pluripotentes niveau de développement post-natal, à savoir le niveau de développement du bébé immédiatement après la naissance.
Fait important, les cellules souches pour développer ces structures peuvent être prises à des individus spécifiques, comme les patients souffrant de maladies d'origine génétique du système nerveux. Un succès de génie génétique suggèrent que les scientifiques seront bientôt en mesure d'observer in vitro le développement du cerveau de Néandertal ou denisovtsa.
En 2013, les chercheurs de l'Institut de biotechnologie moléculaire de l'Académie autrichienne des sciences a publié un documentmodèle de développement cérébral du cerveau humain et microcéphalieDécrivant la culture dans un bioréacteur des deux types de cellules souches, « le cerveau en miniature », imitant la structure du cerveau humain dans son ensemble.
Organite différentes zones correspondent à différentes parties du cerveau: l'arrière, au milieu et avant et « prosencéphale » a même montré une plus grande différenciation en actions ( « hémisphère »). Ce qui est important, dans ce mini-cerveau, dont le montant est pas non plus de quelques millimètres, les chercheurs ont observé des signes d'activité, en particulier les fluctuations de la concentration de calcium dans les neurones, qui sont indicatifs de leur excitation (pour les détails de cette lecture d'expérimentation boîte ici).
L'objectif des scientifiques est non seulement de reproduire l'évolution du cerveau in vitroMais aussi pour étudier les processus moléculaires qui conduisent à microcéphalie - anomalies du développement, qui se produisent notamment lors de l'infection du virus Zika embryonnaire. Pour ce travail, les auteurs ont soulevé la même mini-cerveau des cellules du patient.
En dépit des résultats impressionnants, les chercheurs sont convaincus que ces organites sont incapables de réaliser quoi que ce soit. Tout d'abord, dans ce cerveau contient environ 80 milliards de neurones, et leurs organites cultivés par ordres de grandeur. Ainsi, le mini-cerveau tout simplement pas physiquement en mesure de remplir pleinement les fonctions du cerveau.
En second lieu, en raison de la nature de « in vitro » certaines de ses structures se trouvaient assez chaotique et forme irrégulière, les connexions non-physiologiques entre eux. Si quelque chose mini-cerveau et pensait qu'il était clairement quelque chose d'inhabituel pour nous.
Afin de résoudre le problème de l'interaction entre les ministères, les neuroscientifiques ont proposé de cerveau modèle sur un nouveau niveau, qui a été nommé « assembloidy ». Pour leur formation première cultivées séparément organelles correspondant à des parties distinctes du cerveau, et puis ils sont fusionnés.
Cette approche, les scientifiques ont utiliséAssemblée des sphéroïdes prosencéphale humaines fonctionnellement intégrés d'étudier comment la croûte construit soi-disant interneurones, qui apparaissent après la formation de la plus grande partie des neurones par la migration des voisins prosencéphale. Assembloidy dérivé de deux types de tissus nerveux, a permis d'examiner les violations de la migration des interneurones chez les patients souffrant d'épilepsie et de l'autisme.
Réveillez-vous dans le corps de quelqu'un d'autre
Même avec toutes les améliorations possibles « cerveau in vitro » sévèrement limité par trois conditions fondamentales. Tout d'abord, ils ne disposent pas d'un système vasculaire qui permet l'apport d'oxygène et de nutriments aux structures internes. Pour cette raison, la taille des mini-cerveau sont limités à la diffusion des molécules à travers le tissu. D'autre part, ils ont pas de système immunitaire, fourni par les cellules microgliales: normal, ces cellules migrent dans le système nerveux central de l'extérieur. En troisième lieu, dans la structure, ce qui augmente dans la solution, il n'y a pas de micro-environnement spécifique fourni par l'organisme, ce qui limite le nombre de molécules de signalisation entrant. La solution à ces problèmes serait de créer un modèle animal chimérique du cerveau.
Dans un travail récentune in vivo modèle de organites du cerveau humain fonctionnel et vascularisés Les scientifiques américains de l'Institut Salk dirigé par Fred Gage (Fred Gage), il décrit l'intégration de l'organite cérébrale humaine (c.-à-mini-cerveau) dans le cerveau de la souris. Pour ce faire, les chercheurs ont d'abord construit dans l'ADN de la protéine fluorescente verte du gène de cellules souches au sort du tissu nerveux en développement pourraient être observés avec un microscope. A partir de ces cellules ont été cultivées pendant 40 jours après que les organites implanté dans la cavité de la cortex rétrosplénial souris immunodéficientes. Au bout de trois mois, 80 pour cent des animaux capturés sur l'implant.
cerveaux de souris chimériques ont été analysés pendant huit mois. Il a été constaté que les organites, qui peuvent être facilement distingués par la lueur d'une protéine fluorescente, avec succès intégré, formé un vaste vasculature, les axones ont grandi et formé synapses avec les processus nerveux le cerveau de maître. En outre, de l'hôte dans l'implant déplacé les cellules microgliales. Enfin, les chercheurs ont confirmé l'activité fonctionnelle des neurones - ils ont montré une activité électrique et les fluctuations calcium. Ainsi, l'être humain « mini-cerveau » devient pleinement partie du cerveau de la souris.
De manière surprenante, le comportement de l'intégration des souris expérimentales de la pièce de tissu nerveux humain ne soit pas affectée. Dans le test pour le cerveau de la souris chimérique de l'apprentissage spatial a montré les mêmes résultats que celle de souris normales, et différait mémoire encore pire - les chercheurs ont expliqué cela par le fait qu'ils ont fait pour l'implantation d'un trou dans l'écorce hémisphères.
Néanmoins, le but de ce travail ne recevait pas la souris intelligente avec la conscience humaine et la création de in vivo modèle de personne organites cérébrale est équipé d'un réseau de vaisseaux et microenvironnement pour diverses applications biomédicales.
L'expérience a été un genre complètement différent de mettreProsencéphale par les cellules greffe gliales progénitrices humaines améliore la plasticité synaptique et l'apprentissage chez la souris adulte Les scientifiques du Centre de translationnelle neyromeditsiny l'Université de Rochester en 2013. Comme mentionné précédemment, les cellules de moelle auxiliaires (astrocytes) humaines se distinguent des autres cellules animales, en particulier des souris. Pour cette raison, les chercheurs suggèrent que les astrocytes jouent un rôle important dans le développement et le maintien des fonctions du cerveau humain. Pour tester comment développer une souris chimérique avec astrocytes du cerveau humain, les scientifiques ont placé prédécesseurs cellules accessoires dans le cerveau d'embryons de souris.
Il est avéré que dans les astrocytes du cerveau humain chimérique travailler trois fois plus vite que la souris. De plus, les souris chimérique avec le cerveau était beaucoup plus intelligent que la moyenne à bien des égards. Ils pensent vite, mieux formé et concentré dans le labyrinthe. Probablement des souris chimères ne pense pas que les gens, mais auraient pu se sentir la prochaine étape de l'évolution.
Néanmoins, pour l'étude des rongeurs du cerveau humain loin du modèle idéal. Le fait que le tissu nerveux humain arrive à maturité selon certains horloge interne moléculaire, et la transfère dans un autre organisme ne pas accélérer le processus. Étant donné que les souris n'a vécu que deux ans, et la formation totale du cerveau humain prend quelques décennies, les processus à long terme dans le format de l'étude du cerveau chimérique impossible. Peut-être l'avenir des neurosciences encore au-delà de cerveaux humains dans les aquariums - pour savoir comment il est contraire à l'éthique, les scientifiques ont besoin d'apprendre juste pour lire dans les esprits, et la technologie moderne, il semble, permettra bientôt faire.
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