人造大腦,真正的 Mini me

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其實總想揭開高官們的頭蓋,看看他們的腦是不是有事,不過弄污雙手似乎不好,終於科學上有好消息了!位於英國劍橋的 Medical Research Council 分子生物學研究所,耗資 2.12 億英鎊建成,內裡跨時代的研究項目,全部也足以成為荷里活的電影題材。其中之一,是 Madeleine Lancaster 團隊正在進行的項目,其荒誕程度,與其說是科學,不如說是巫術更貼切:他們正轉變人類的皮膚成為迷你版人造大腦,正在培育的大腦,有 300 多個。

從觀察而言,這些人造大腦的發育過程,跟在胚胎的一樣,不過發育環境卻大大不同。在子宮中發育的大腦,經由血液提供養份,而人造大腦則由每數天更換一次的營養液執行此重要任務。另外,人造大腦也沒有免疫系統,所有與之接觸的東西,必須先用酒精消毒。

人造大腦是如何育成的?

事實上,製造一個腦袋並不如想像複雜。數種簡單材料,及對於用酒精擦拭任何東西的偏執熱情——任何人也可以在數月內育成一個小小腦袋。以下是過程大概,唔……聽上去,就好似烹飪指南一樣。

首先,需要一些細胞, Lancaster 團隊的皮膚來自捐贈者,但令人驚訝的是,進行此人類演化的巨作,細胞可取自身體任何部分,包括鼻子,肝或指甲。

由於只有幹細胞可以發展成人類身體任何組織,所以下一步便要將這些細胞轉變為幹細胞。為此,團隊利用結合多種蛋白質的細胞年輕化血清(cellular youth serum),逆轉時間,令細胞重回胚胎時的狀態。這些幹細胞開始發育成不同組織。最初,研究員不斷餵養細胞,促進其生長。然後,這一堆細胞,會被移到新的培育皿,但只給予極少養份。大部分細胞會餓死,只餘下頑強的腦細胞仍在。「原因為何,相信仍沒人知道。」Lancaster 表示。最後,發育中的大腦會用啫喱(膠凍)包裹,模擬胚胎中包圍腦部的組織,幫助腦部正常發展,可以說是頭骨的代用品。

三個月後,發育完成的人造腦部約有 4 mm 直徑,並包含 2 百萬個神經元,不過,一個成年人最多可以有 1,000 兆個神經元,Lancaster 解釋:「成年老鼠的腦部約有 4 百萬個神經元,所以 2 百萬個神經元,已經足夠進行不少事情。」腦部的神經元電流訊息收發不斷,「這種活動不是研究重點,不過可以清楚表明神經元功能正常,而他們的行為也反證他們是一個神經元。」她談道。

Madeleine Lancaster 在 TEDx Talk 講解迷你版人造大腦如何幫助人類理解大腦:

創造 A 貨,協助認識真貨

直至現時,Lancaster 的人造大腦仍然不被認為可以思考。其實沒有人清楚知道人類大腦如何活動致使思考出現,而且也難以定義,不過可暫時視最簡單的接收及分析活動為思考。通常,我們受到外在刺激,不論是氣味、聲音、意念,腦部會透過加強神經元之間的聯繫,或創造新的神經元來儲存相關訊息。所以,就算擁有跟人類大腦一樣的組成部分,沒有身體提供周邊環境的資訊,大腦就沒可能正常發展,情況就如先天失明的人士,由於缺乏光的刺激,所以相對應的腦部便無從發展出來。

不過研究重點並非要培育一個有意識的大腦,研究團隊的目標在於透過人造大腦解決一個數十年的疑問:人與大猩猩的基因差別約為 1.2 %,即僅僅是人與人的之間基因差異(0.1%)的 12 倍。為何兩個物種有如此大分別?

為了找出答案,團隊以黑猩猩的基因進行培育,創造出人與黑猩猩的混合腦部。結果發現,採用黑猩猩基因的大腦明顯較人類的腦部細小,或包含較少的神經元。在人體注入黑猩猩基因,當然是不獲准許的。換言之,這種人造腦可以讓科學家進行一些原本一定不准兼不能做的實驗,

最後,Lancaster 希望可以進行逆向實驗,即是在黑猩猩的人造大腦,換上人類的基因。當然受保護物種的黑猩猩的皮膚不可能得到,所以研究團隊會向動物園拿來胎盤,提取細胞。

除此之外,類器官可以用來研究人類疾病,由自閉症到精神分裂症。這些疾病極難在實驗室進行研究,因為沒有其他動物會患上這類疾病。以自閉病為例,患上重度自閉症的兒童不能說話——但如何透過本就不會說話的白老鼠去研究呢?透過比對來自正常成年及自閉症患者的皮膚育成的腦部,去年科學家終於能夠證明病因源於兩種神經元數目的不平衡:一種是發放訊息的興奮神經元(excitatory neurons),及另一種是喊停的抑制神經元(inhibitory neurons)。

而真正的科學突破不止於模擬病症,而且可以讓科學家觀察患有自閉症的大腦的成長過程,發現何時開始出現變異,這是前所未及的。人造腦改變了我們對大腦,相關病症及人類腦部演化的知識。雖然這技術於 2013 年發明,不過已有數個組織開始研究如何改善,包括以血液供給令腦部長得更大;現時,4mm 的人造大腦是完全依靠營養液提供氧氣及養份,其外型像爆谷,並且慵懶非常。對不少科學家,人造腦的終極目標是可以像正常人腦一樣運作,然後可用以染色、切片及研究,就如實驗室內的白老鼠。