科学家们创造出的微型大脑,并产生了脑电波信号

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在《细胞干细胞》近日发表的一项研究中,研究人员发现,从人类干细胞中培育的大脑类器官产生的脑电波,随着发育的进展变得更加复杂,并在微型大脑中形成功能神经回路。而且这些脑电波与人类婴儿发育大脑中的某些特征相同。


科学家们用发育了功能性神经网络的干细胞创造出的微型大脑,尽管大小只有人类大脑的一百万分之一,但它们是第一个被观察到产生类似早产婴儿脑电波的大脑类器官,这项研究可以帮助科学家更好地理解人类大脑的发育。


0个月大的人类大脑类器官(来源:MUOTRI LAB, UCSD)


人脑细胞的三维球体被称为大脑类器官,是人脑相对简单的模型。尽管很简单,但这些容易获得的类器官已经提供了一个更好的方法,让科学家们来研究大脑是如何形成的,以及这个过程是如何出错的。

虽然在这些球状类器官中发现的基因表达、细胞类型和发育中的人类大脑有相似之处,但尚不清楚它们是否是探索神经网络形成的合适模型。

在这项最新研究中,研究人员培养出的大脑类器官,由人类多功能干细胞分化而来。通过将干细胞置于模拟大脑发育环境的培养环境中,干细胞分化成不同类型的脑细胞,并组织成类似于发育中的人脑的三维结构。

在这项研究中,Muotri和他的同事设计了一个更好的方法来培养干细胞,包括优化培养基配方。这些调整使得它们的类器官比以前的模型更加成熟。研究人员诱导干细胞形成构成大脑外层的一些神经元,在10个月的时间里培养了数百种类器官。这些皮质类器官在实验室的培养皿中生长,培养皿中装有沿底部排列的电极阵列,让科学家能够在类器官发育时监测其电活动。

研究小组在大约两个月的时候就开始探测到来自于类器官的脑电波。Alysson Muotri说,在4到6个月的时间里,实验室培养的细胞电活动达到了“前所未有”的水平。他说,这些信号表明,类器官中的神经元已经建立了数十亿个连接。

人脑类器官的横截面





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