A medida que los investigadores que estudian el cerebro humano aislado del cuerpo
Formando / / December 19, 2019
La revista Nature publicóLa ética de la experimentación con tejido cerebral humano robin 17 destacados neurocientíficos, donde los científicos discutieron los avances en el desarrollo de los modelos del cerebro humano. Los temores de los expertos son los siguientes: probable en un futuro próximo el modelo será tan avanzada que jugarían no sólo la estructura, sino también las funciones del cerebro humano.
¿Es posible crear un "in vitro", una pieza de tejido nervioso, tiene conciencia? Los científicos saben que la estructura del cerebro de los animales con gran detalle, pero no encontraron hasta ahora, qué tipo de estructura "Codificar" la mente y cómo medir su presencia cuando se trata de cerebro aislado o similares.
El cerebro en el acuario
"Imagine que despertarse en un tanque de aislamiento aislado - alrededor no hay luz, no hay sonido, no hay estímulos externos. Sólo su conciencia, colgando en el vacío ".
Este cuadro representa a sí mismos expertos en ética, al comentar un comunicado de la Universidad de Yale neurocientífico Nenad Sestao (Nenad Sestan) que su equipo logró un plazo de 36 horas para mantener el cerebro de cerdo aislado en el "en vivo" condiciones.
mensajeLos investigadores están manteniendo los cerebros de cerdos vivos fuera del cuerpo exitoso experimento se realizó en una reunión del Comité de Ética de los Institutos Nacionales de Salud a finales de marzo de este año. Según el científico, usando un sistema de bomba con y calentado titulado BrainEx y sustituto sintético para la sangre, los investigadores admiten circulación de fluido y el suministro de oxígeno a cientos de animales aislados cerebro, ejecutado en un matadero en un par de horas antes de la experimentar.
A juzgar por la actividad de conservación de mil millones de neuronas individuales, los cuerpos permanecieron vivos. Sin embargo, los científicos no pueden decir si los cerebros de cerdo en conserva, colocados en el "acuario", signos de consciencia. La ausencia de actividad eléctrica, un método estándar probada mediante un electroencefalograma, Sestao convencido de que "el cerebro está o bien no se preocupaba por nada." Es posible que un animal aislado de cerebro en un estado de coma, que, en particular, podría contribuir a lavar los componentes de su solución.
Los detalles de los autores no dan a conocer el experimento - que están preparando una publicación en una revista científica. Sin embargo, incluso en las partes más pobres Sestao informan que despertó un gran interés y una gran cantidad de especulaciones sobre el futuro desarrollo de la tecnología. Aparentemente, la preservación del cerebro no es técnicamente mucho más difícil que cualquier otro de preservación de órganos para trasplante, tales como el corazón o el riñón.
Esto significa que, en teoría, se pueden almacenar en un estado más o menos natural y el cerebro humano.
cerebros aislados podrían ser un modelo bueno, por ejemplo, para el estudio de las drogas: debido a que las restricciones normativas existentes se aplican a los seres humanos, y no en los órganos individuales. Sin embargo, desde un punto de vista ético, esto plantea muchas preguntas. Incluso el tema de la muerte cerebral sigue siendo una "zona gris" para los investigadores - a pesar de la existencia de formales criterios médicos, hay una serie de estados similares de las que un retorno a la vida normal más posible. ¿Qué podemos decir acerca de la situación, cuando decimos que el cerebro todavía está vivo. ¿Qué pasa si aislado del cuerpo del cerebro continúa manteniéndose en todos o algunos de los signos de identidad propia? Entonces es posible imaginar la situación descrita anteriormente en este artículo.
Donde reside la conciencia
A pesar del hecho de que hasta el 80-s del siglo XX existían entre los científicos defensores de la teoría de la dualidad que separa el alma del cuerpo, en nuestro tiempo, incluso filósofos, dedicada al estudio de la psique, estamos de acuerdo en que toda la conciencia que llamamos es generado por el cerebro material (la historia de la cuestión se puede leer con más detalle, por ejemplo, en este capítulo¿Dónde está la conciencia: los antecedentes y perspectivas de investigación del libro por el premio Nobel Eric Kandel "En busca de la memoria").
Por otra parte, con las técnicas actuales, como la resonancia magnética funcional, los científicos puede ver a qué tipo de áreas del cerebro se activan durante la ejecución de mental específico Ejercicios. Sin embargo, el concepto de conciencia como un todo es demasiado efímera, y los científicos todavía no han acordado si se trata de un conjunto de procesos que tienen lugar en el cerebro, o se codifica cumplir con ciertos correlatos neurales.
Se dice en su libro, Kandel, en pacientes con hemisferios separados quirúrgicamente de la conciencia del cerebro, ya que se divide en dos, cada uno de los cuales recibe una visión independiente del mundo.
Estos y otros casos similares de la práctica neuroquirúrgica indican al menos el hecho de que no se requiere la existencia de la conciencia de la integridad cerebro como una estructura simétrica. Algunos estudiosos, como el descubridor de la estructura del ADN, Francis Crick, que al final de la vida se interesó en la neurociencia, se cree que la presencia de la conciencia está determinada por las estructuras específicas en el cerebro.
Tal vez sea cierta cadena neural, y puede ser el caso en apoyo de las células del cerebro - astrocitosQue una persona ha, en comparación con otros animales, es bastante especializado. De todos modos, antes de que el modelado de estructuras cerebrales individuales humanos in vitro ( "In vitro"), o incluso in vivo (Como parte del cerebro animal) científicos ya han alcanzado.
Despertar en el biorreactor
No se sabe qué tan pronto se trata de experimentos en cerebros enteros extraídos del cuerpo humano - primeros especialistas en neurociencia y la ética deben ponerse de acuerdo sobre las reglas del juego. Sin embargo, en los laboratorios en los platos de Petri y biorreactores ya están siendo cultivadasEl aumento de las culturas cerebrales tridimensional humanos "Mini-cerebro" que imitan la estructura de los "grandes" del cerebro humano o de un departamento específico.
Durante el desarrollo embrionario de sus órganos están formados de acuerdo a ciertas etapas de ciertos genes incorporados en el programa de acuerdo con el principio de auto-organización. No es una excepción y el sistema nervioso. Los investigadores encontraron que si un cultivo de células madre usando determinadas sustancias para inducir la diferenciación en células nerviosas tejido, esto conduce a reordenamientos espontáneas en cultivo de células, similares a los que ocurren durante la morfogénesis del tubo neural embrión.
"Por defecto" inducidos de este modo las células madre se diferencian para terminar en las neuronas de la corteza cerebro, pero mediante la adición de moléculas de señalización externos en una placa de Petri se puede preparar, por ejemplo, células mesencéfalo, estriado o la médula espinal. Resultó que en la taza se puede cultivarUn mecanismo intrínseco de corticogenesis a partir de células madre embrionarias esta corteza, así como en el cerebro, que consiste en varias capas de neuronas y astrocitos que contienen auxiliares.
Está claro que los cultivos de dos dimensiones son altamente modelo simplificado. El principio de auto-organización del tejido nervioso ha ayudado a los científicos para saltar rápidamente a estructuras tridimensionales denominadas orgánulos esferoides y cerebral. En el proceso de organización del tejido puede ser afectada por los cambios en las condiciones iniciales, tales como la densidad inicial del cultivo y la heterogeneidad de las células, y factores exógenos. La modulación de la actividad de ciertas rutas de señalización, incluso se puede lograr la formación de estructuras avanzadas de orgánulos tales como la copa óptica con epitelio retinal, sensiblediversidad de células y de red dinámica en organoides cerebrales humanos fotosensible a la luz.
Utilizando un recipiente de procesamiento y de crecimiento especiales factores científicos permitidos reciben direccionalmenteModelar el desarrollo cortical humana in vitro el uso de células madre pluripotentes inducidas humano cerebral organoide correspondiente cerebro anterior (hemisferios) corteza, el desarrollo de las cuales, de acuerdo con la expresión de genes y marcadores se corresponde con el desarrollo fetal primer trimestre.
A los científicos de Stanford llevaron Serghiou Pask (Sergiu Pasca) desarrolladoneuronas corticales funcionales y astrocitos a partir de células madre pluripotentes humanas en cultivo 3D manera de crecer protuberancias que simulan el cerebro anterior directamente en la placa de Petri. El tamaño de tales "cerebros" de alrededor de 4 milímetros, pero después de 9-10 meses de maduración neuronas corticales y astrocitos corresponden en esta estructuraHuman Astrocyte Maduración capturados en 3D cortical cerebral Esferoides Derivados de pluripotentes células madre nivel de desarrollo postnatal, es decir, el nivel de desarrollo del bebé inmediatamente después del nacimiento.
Es importante destacar que, las células madre para crecer estas estructuras se pueden tomar en individuos específicos, como los pacientes con enfermedades genéticamente determinadas del sistema nervioso. Un éxito la ingeniería genética sugiere que los científicos pronto serán capaces de observar in vitro el desarrollo del cerebro de Neanderthal o denisovtsa.
En 2013, los investigadores del Instituto de Biotecnología Molecular de la Academia de Ciencias de Austria publicaron un artículoel desarrollo del modelo de cerebro humano cerebral organoides y microcefaliaDescribiendo el cultivo en un biorreactor de los dos tipos de células madre "el cerebro en miniatura", imitando la estructura del cerebro humano como un todo.
Orgánulos diferentes zonas corresponden a diferentes partes del cerebro: la parte trasera, media y delantera y "cerebro anterior" incluso mostró una diferenciación adicional en acciones ( "hemisferio"). Lo que es importante, en este mini-cerebro, la cantidad de la que es también no más de unos pocos milímetros, los investigadores observaron signos de actividad, en particular las fluctuaciones en la concentración de calcio dentro de las neuronas, que son indicativos de su excitación (para detalles de esta lectura experimento lata aquí).
El objetivo de los científicos ha sido no sólo para reproducir la evolución del cerebro in vitroSino también para estudiar los procesos moleculares que conducen a la microcefalia - anomalías del desarrollo, que se producen en particular durante la infección de virus Zika embrión. Para este trabajo los autores plantearon la misma mini-cerebro de las células del paciente.
A pesar de los impresionantes resultados, los investigadores estaban seguros de que estos orgánulos son incapaces de darse cuenta de nada. En primer lugar, en este cerebro contiene aproximadamente 80 mil millones de neuronas, y sus orgánulos cultivan en órdenes de magnitud más pequeña. De este modo, el mini-cerebro simplemente no físicamente capaz de realizar plenamente las funciones del cerebro.
En segundo lugar, debido a la naturaleza de "in vitro" algunas de sus estructuras se localizaron de forma bastante caótica e irregular, conexiones no fisiológicas entre sí. Si el algo mini-cerebro y pensó que era claramente algo inusual para nosotros.
Con el fin de resolver el problema de la interacción entre los departamentos, los neurocientíficos han propuesto al cerebro de modelo en un nuevo nivel, que fue nombrado "assembloidy". Para su formación crecido primero por separado orgánulos correspondientes a porciones separadas del cerebro, y luego se fusionan.
Este enfoque, los científicos han utilizadoAsamblea de esferoides prosencéfalo humanos funcionalmente integrados Para estudiar cómo la corteza construido las llamadas interneuronas, que aparecen después de la formación de la mayor parte de las neuronas por la migración de la vecina del prosencéfalo. Assembloidy deriva de dos tipos de tejido nervioso, se admiten para examinar violaciónes de la migración interneuron en pacientes con epilepsia y el autismo.
Despertar en el cuerpo de otra persona
Incluso con todas las mejoras posibles "in vitro" cerebro severamente limitadas por tres condiciones fundamentales. En primer lugar, que no tienen un sistema vascular que permite la entrega de oxígeno y nutrientes a las estructuras internas. Por esta razón, el tamaño de las mini-cerebros se limitan a la difusión de moléculas a través del tejido. En segundo lugar, no tienen sistema inmunológico, proporcionada por las células microgliales: normal, estas células migrar en el sistema nervioso central desde el exterior. En tercer lugar, en la estructura, aumentando en la solución, no hay microambiente específica proporcionada por el cuerpo, lo que limita el número de moléculas de señalización entrar en ella. La solución a estos problemas sería la creación de un modelo animal quimérico el cerebro.
En un trabajo recienteuna in vivo modelo de organoides cerebrales humanas funcionales y vascularizada científicos estadounidenses del Instituto Salk dirigidos por Fred Gage (Fred Gage) que describe la integración de los orgánulos cerebral humana (es decir, mini-cerebro) en el cerebro del ratón. Con el fin de hacer esto, los investigadores primero construyeron en el ADN de la proteína verde fluorescente de genes de células madre a la suerte del tejido nervioso en desarrollo podría ser observado con un microscopio. A partir de estas células se cultivaron durante 40 días orgánulos que después se implanta en la cavidad en el corteza retroesplénica ratón inmunodeficiente. Después de tres meses, el 80 por ciento de los animales atrapados en el implante.
cerebros de los ratones quiméricos se analizaron durante ocho meses. Se encontró que los organelos, que se pueden distinguir fácilmente por el resplandor de una proteína fluorescente, con éxito sinapsis integrados, formado una extensa vasculatura, los axones crecieron y se formaron con procesos nerviosos El cerebro de maestro. Además, desde el host en el implante movido células microgliales. Por último, los investigadores confirmaron la actividad funcional de las neuronas - que mostraron fluctuaciones de actividad y calcio eléctricos. Por lo tanto, el ser humano "mini-cerebro" llegó a ser completamente parte del cerebro del ratón.
Sorprendentemente, el comportamiento de la integración ratones experimental de la pieza de tejido nervioso humano no se ve afectada. En la prueba para el aprendizaje espacial cerebro de ratón quimérico mostró los mismos resultados que la de los ratones normales, y diferían aún peor de memoria - los investigadores explicaron esto por el hecho de que se han hecho para la implantación de un agujero en la corteza hemisferios.
Sin embargo, el objetivo de este trabajo no estaba recibiendo ratón inteligente con la conciencia humana y la creación de in vivo modelo de los orgánulos cerebrales persona está equipado con una red de vasos y microambiente para diversas aplicaciones biomédicas.
El experimento fue un tipo completamente diferente de putel injerto cerebro anterior por las células progenitoras gliales humanos contribuye a la plasticidad sináptica y el aprendizaje en ratones adultos Científicos del Centro de Conversión de neyromeditsiny la Universidad de Rochester en 2013. Como se mencionó anteriormente, las células de médula auxiliares (astrocitos) Humanos difieren de otras células animales, en ratones particular. Por esta razón, los investigadores sugieren que los astrocitos desempeñan un papel importante en el desarrollo y mantenimiento de las funciones del cerebro humano. A prueba de cómo desarrollar un ratón quimérico con astrocitos del cerebro humano, los científicos han colocado predecesores células accesorias en el cerebro de embriones de ratón.
Resultó que en los astrocitos cerebrales humanos quiméricos trabajar tres veces más rápido que el ratón. Además, los ratones quiméricos con el cerebro eran mucho más inteligente que la media en muchos aspectos. Ellos piensan rápido, mejor entrenado y se centró en el laberinto. Es probable que los ratones quiméricos no piensan como personas, pero podrían haber sido capaces de sentir la siguiente etapa de la evolución.
Sin embargo, para el estudio de los roedores del cerebro humano lejos del modelo ideal. El hecho de que el tejido nervioso humano madura de acuerdo con algún reloj molecular interno, y la transfiere en otro organismo no acelerar el proceso. Dado que los ratones vivió durante sólo dos años, y la formación total del cerebro humano toma un par de décadas, los procesos a largo plazo en el formato de estudio quimérico cerebro imposible. Tal vez el futuro de la neurociencia todavía más allá de cerebros humanos en acuarios - para averiguar cómo no es ético, los científicos sólo necesitan aprender a leer la mente, y la tecnología moderna, al parecer, pronto lo permitirá hacer.
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