脑波是在平板上种植的迷你大脑检测到的

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“我们所看到的神经活动水平在体外是前所未有的，”加州大学圣地亚哥分校的生物学家Alysson Muotri说。“我们离拥有一个能够真正产生复杂神经网络早期阶段的模型又近了一步。”

豌豆大小的大脑，称为脑器官，来源于人类多能干细胞。通过将它们置于模拟大脑发育环境的培养物中，干细胞分化成不同类型的脑细胞，并自组织成类似于正在发育的人脑的三维结构。

科学家已经成功培育出类似人类脑细胞的器官结构。然而，以前的模型都没有开发出类似人类的功能神经网络。当神经元成熟并相互连接时，网络就会出现，这对大多数大脑活动至关重要。

Muotri说：“你可以将大脑器官用于很多事情，包括了解正常的人类神经发育、疾病建模、大脑进化、药物筛选，甚至为人工智能提供信息。

大脑样器官的横截面显示了皮质板的最初形成。每种颜色代表不同类型的脑细胞。图片来源：Muotri实验室/UCTV

Muotri和他的同事设计了一种更好的干细胞生长方法，包括优化培养基配方。这些调整使它们的器官比以前的模型更加成熟。该团队历时10个月，使用多电极阵列监测他们的神经活动。

大约两个月后，研究小组开始检测类似器官的脑电波爆发。信号稀疏，频率相同，这是在非常不成熟的人脑中看到的模式。随着相似器官的不断生长，它们会产生不同频率的脑电波，信号会更有规律地出现。这表明这些器官进一步发展了它们的神经网络。

“这是因为有更多的功能突触，你已经在神经元之间建立了更多的联系，”Muotri说。他说神经元之间的相互作用产生了各种频率的信号。

为了比较器官和人脑在早期发育过程中的脑电波模式，研究小组训练了一种机器学习算法，该算法记录了39名6个月至9.5个月的早产儿的脑电波。该算法可以预测器官在培养中发育了多少周，这表明这些器官与人脑具有相似的生长轨迹。

多电极阵列产生的活动图显示了大脑器官的活动程度——红色表示非常活跃，黑色表示沉默。图片来源：Muotri实验室/UCTV

不过，Muotri表示，这些器官不太可能有意识等心理活动。“类器官仍然是一个非常基本的模型——我们没有其他的大脑部分和结构。所以这些脑电波可能与真实大脑的活动无关。”

Muotri说：“也许在未来，我们将获得一些非常接近人类大脑信号的东西，这些信号控制着行为、思想或记忆。“但我认为目前我们没有任何证据表明我们有任何这样的证据。”

展望未来，该团队旨在进一步改善类器官，并利用它们来了解与神经网络功能障碍相关的疾病，如自闭症、癫痫和精神分裂症。

“作为一名科学家，我希望越来越接近人脑，”莫尔特里说。“我想这样做，因为我看到了它的好处。我可以通过给神经系统疾病患者更好的治疗和生活质量来帮助他们。但要由我们来决定限制在哪里。可能技术还没准备好，或者我们不知道怎么控制。这与关于CRISPR婴儿的讨论是一样的，这就是为什么我们有伦理委员会来代表社会的所有部分。”

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